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Direccioacuten de Preparatoria AbiertaEstado de Meacutexico
Material de apoyo didaacutectico
(47) QuiacutemicaCuarto Semestre
Consideraciones para uso
- El material didaacutectico soacutelo es un referente para la mejor comprensioacuten de
los libros de texto y alcanzar los objetivos planteados
- Estaacute basado en los libros de texto y programas de estudio que
comprende el Plan Tradicional de Preparatoria Abierta
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47 QUIacuteMICA
La ciencia no es maacutes que un refinamiento del pensamiento cotidiano
Albert Einstein
Quiacutemica es la ciencia que estudia a la materia con respecto a su composicioacuten y sus
transformaciones
Materia Todo lo que ocupa un lugar en el espacio
Propiedades fiacutesicas y quiacutemicas
Propiedades fiacutesicas Caracteriacutesticas de una sustancia que pueden variar sin que setransforme en otra sustancia Ejemplo Solubilidad densidad punto de fusioacuten punto decongelacioacuten viscosidad etc
Propiedades quiacutemicas Capacidades de una sustancia para transformarse en otrasdiferentes Ejemplo valencia electronegatividad potencial de ionizacioacuten etc
Propiedades generales particulares y especiacuteficas de la materia
a) Propiedades generales Son aquellas que todos los cuerpos poseen sin excepcioacuten
Masa cantidad de materia contenida en un cuerpo es una medida de la inercia queposee es invariable y siempre tiene el mismo valor sin importar el sitio en donde seencuentre el cuerpo
Peso es la fuerza de atraccioacuten que se ejerce sobre un cuerpo debido a la fuerza degravedad puede variar cuando el cuerpo es transportado de un sitio a otro
Volumen o extensioacuten es el espacio que ocupa el cuerpo
Impenetrabilidad dos cuerpos no pueden ocupar el mismo espacio al mismotiempo
Inercia un cuerpo conservaraacute su estado de reposo o movimiento rectiliacuteneouniforme a menos que una fuerza externa lo modifique
Divisibilidad cualquier cuerpo puede dividirse en pedazos maacutes pequentildeospartiacuteculas moleacuteculas aacutetomos etc
Porosidad los cuerpos estaacuten formados por partiacuteculas diminutas que dejan espaciosvaciacuteos entre si llamados poros
Elasticidad los cuerpos pueden cambiar de forma cuando se les aplica una fuerza yrecuperar la original tan pronto desaparezca la fuerza aplicada
Compresibilidad todos los cuerpos pueden ser comprimidos bajo la accioacuten de unafuerza
Permeabilidad propiedad que permite el paso de una sustancia dentro de uncuerpo o en su superficie
b)
Propiedades particulares Estas se presentan exclusivamente en el estado soacutelido
Dureza es la resistencia que opone un cuerpo al corte a la penetracioacuten o ser rayado
Fragilidad es la resistencia a la ruptura
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Tenacidad es la resistencia que tiene un cuerpo a romperse o deformarse cuandose golpea o se aplica una fuerza
Maleabilidad aptitud que tienen los metales para extenderse formando hojas olaacuteminas
Ductilidad propiedad de estirarse sin romperse para formar hilos o alambres
c) Propiedades especiacuteficas Estas propiedades permiten distinguir a una sustancia deotra entre cuales estaacuten las siguientes
Densidad es la cantidad de materia contenida en la unidad de volumen de unasustancia
Estado de agregacioacuten soacutelido liacutequido gaseoso y plasma
Solubilidad propiedad para disolverse una sustancia especialmente en agua o enotras sustancia especialmente en agua o en otras sustancias con facilidad y formaruna solucioacuten
Punto de ebullicioacuten temperatura a la cual hierve un liacutequido y se transforma en gas
o en vapor Punto de fusioacuten temperatura a la cual un soacutelido se funde para transformarse en
liacutequido
Conductividad eleacutectrica facilidad de permitir el paso de la corriente eleacutectrica
Viscosidad resistencia de algunos cuerpos (liacutequidos) para fluir o deslizarse confacilidad
Tensioacuten superficial fuerza entre las moleacuteculas de la superficie de un liquido
Oxidacioacuten facilidad de los cuerpos para reaccionar con el oxiacutegeno o bien paraperder electrones al combinarse con otra sustancia
Brillo propiedad de los cuerpos para poder reflejar la luz
Entre otras propiedades se encuentran el color olor sabor combustioacuten calor especiacuteficocorrosioacuten reduccioacuten electronegatividad afinidad electroacutenica radio atoacutemico nuacutemeroatoacutemico etc
Energiacutea Es la capacidad de desarrollar o generar un trabajo Tipos de energiacutea
Energiacutea mecaacutenica es la energiacutea de movimiento y se puede dividir en potencial y cineacutetica
Energiacutea potencial es la energiacutea almacenada por un cuerpo cuando este permanece enestado de reposo absoluto depende de la posicioacuten o altura en la que se encuentre elcuerpo
Ep= mgh
m=masa (g) g = aceleracioacuten de la gravedad (98ms2) h= altura
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Energiacutea cineacutetica es propiamente la energiacutea que posee un cuerpo en movimiento la cualdepende de la velocidad del mismo
Ec =sup2
m = masa (g) v = velocidad (ms)
Energiacutea caloriacutefica o teacutermica se debe a la friccioacuten o rozamiento de las moleacuteculas de uncuerpo debido a su energiacutea cineacutetica
Energiacutea eleacutectrica se debe al movimiento de los electrones a traveacutes de un conductor
Energiacutea hidraacuteulica se debe al movimiento de los fluidos (liacutequidos y gases)
Energiacutea quiacutemica se obtiene cuando se lleva a cabo una reaccioacuten quiacutemica
Energiacutea eoacutelica se debe al movimiento del aire
Energiacutea solar se debe a las radiaciones emitidas por el sol por medio de ondas
electromagneacuteticas
Energiacutea nuclear se debe al rompimiento (fisioacuten) o unioacuten (fusioacuten) de nuacutecleos atoacutemicos condesprendimiento de partiacuteculas alfa beta y gamma
Energiacutea atoacutemica se debe al movimiento de los electrones de un aacutetomo en los diferentesniveles de energiacutea cuando eacuteste es excitado
Energiacutea geoteacutermica generado por el calor interno de la tierra
Sistema Internacional de Unidades o Sistema Meacutetrico decimal
Magnitud Sistemainternacional(SI)
Sistema CGS Sistema ingleacutes Sistema MKS
Longitud Metro centiacutemetro pie metro
Masa kilogramo gramo libra kilogramo
Tiempo Segundo segundo segundo segundo
a)
Sistema CGS Sistema que toma como unidades baacutesicas el centiacutemetro gramo y elsegundo
b)
Sistema MKS Sistema cuyas unidades baacutesicas son el metro kilogramo y segundo
c) Sistema Internacional de unidades (SI) Tambieacuten conocido como sistema meacutetricodecimal Tiene siete unidades baacutesicas (metro kilogramo segundo amperio Kelvinmol y candela)
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Metro (m) unidad baacutesica legal de la longitud en el Sistema Internacional definidacomo equivalente a la longitud del trayecto recorrido en el vaciacuteo por la luz laacuteserdurante un tiempo de 1299782258 s
Kilogramo (kg) unidad de medida de masa en el SI equivalente a la masa delprototipo de platino iridiado
Segundo (s) unidad de medida del tiempo originalmente definida como 186400parte del diacutea solar medio La definicioacuten fiacutesico-atoacutemica de 1967 1s= 9 192 631 vecesla duracioacuten del periodo de la radiacioacuten entre dos niveles de estructura superfina delnuacutecleo del aacutetomo de cesio Cs153
d)
Sistema ingleacutes Es el sistema de unidades que se utiliza en los paiacuteses anglosajones
6 Temperatura (definiciones y escalas) Es la medida de la energiacutea caloriacutefica que posee uncuerpo Es una medida del movimiento aleatorio de traslacioacuten de los aacutetomos y moleacuteculasde un cuerpo en forma maacutes especiacutefica es una medida de la energiacutea cineacutetica promedio delos aacutetomos y moleacuteculas de un cuerpo
Escalas de temperatura
En la actualidad se utilizan tres escalas termomeacutetricas Escala centiacutegrada o Celsius EscalaFahrenheit y la Escala absoluta de temperatura Kelvin
Comparacioacuten entre las escalas Kelvin Celsius y Fahrenheit
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Conversioacuten de escalas de temperatura
degC a degF degF = degC (95) + 32degF a degC degC = (59 )(degF -32)degC a degK degK = degC +273degK a degC degC = degK -273
Calor Se define como la suma de las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas queconstituyen un cuerpo Es una forma de energiacutea que se debe al movimientomolecular
Densidad Cantidad de masa contenida en una unidad de volumen
=
m = masa (g) V= volumen (cm3 mol o l)
Ejemplo 1
La densidad del agua es 100 gml EL hielo flota en el agua por lo tanto es menos denso Siuna muestra de hielo pesa 33 g y ocupa un volumen de 36 ml iquestCuaacutel es la densidad delhielo
=33
36 = 092
Ejemplo 2
iquestCuaacutel seraacute el volumen ocupado por 45 gramos de un gas cuya densidad es de 37 glDespejando la foacutermula de densidad al volumen
=
Sustitucioacuten
=45
37 = 1216
LOS ELEMENTOS QUIacuteMICOS Y LOS COMPUESTOS
Elementos Son sustancias puras que no pueden ser separadas en sustancias maacutes simples Son las unidades fundamentales que constituyen a la materia es la unioacuten de aacutetomos delmismo tipo dando sustancias con propiedades fiacutesicas y quiacutemicas caracteriacutesticas de eseelemento
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Cada elemento tiene un nombre y siacutembolo uacutenico que tiene un origen histoacuterico Los siacutembolosse derivan del nombre de los elementos (algunos provienen del latiacuten o del griego) serepresentan con una o dos letras especiacuteficas que se usan internacionalmente La primeraletra es mayuacutescula y si hay una segunda letra esta siempre es minuacutescula
Ejemplos
Sodio (Natrium) NaAluminio AlCarbono C
Estado de agregacioacuten molecular
Las sustancias estaacuten constituidas por aacutetomos iones o moleacuteculas Estas partiacuteculas se hallansujetas a fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten
Las fuerzas de atraccioacuten entre partiacuteculas de una misma sustancias se conocen como fuerzasde cohesioacuten
Las fuerzas de repulsioacuten son el resultado de la energiacutea cineacutetica que poseen las partiacuteculas yque las mantiene en constante movimiento
El estado de agregacioacuten o estado fiacutesico de un cuerpo depende de estas dos fuerzas
El estado soacutelido se presenta cuando la cohesioacuten es mayor que la repulsioacuten
El estado liacutequido se manifiesta cuando ambas fuerzas son iguales
El estado gaseoso se observa cuando la cohesioacuten es menor a la repulsioacuten
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Cada estado de agregacioacuten se distingue de los otros por ciertas propiedades entre ellas se
encuentran
Caracteriacutesticas Soacutelido Liacutequido Gaseoso
Energiacutea cineacutetica Es menor que lapotencial
EC lt Ep
Son casi iguales lacineacutetica y la potencial
EC = Ep
Es mayor que lapotencial
EC gt Ep
Movimiento molecular Las moleacuteculasposeen movimientovibratorio
Tienen las moleacuteculasun movimientorotatorio es decirresbalan y ruedanunas sobre las otras amanera de canicas
Las moleacuteculas exhibenun movimientorectiliacuteneo y chocancontra las paredes delos recipientes que lascontienen
Unioacuten molecular Se encuentran muycercanas unas de
otras
Los espaciosintermoleculares son
mayores que en lossoacutelidos
Los espaciosintermoleculares son
muy grandes
Forma Propia La del recipiente quelo contiene
No posee
Volumen Constante Constante Ocupa todo el espaciodisponible y seexpande
Fluidez No Si faacutecilmente Si muy faacutecilmente
Difusioacuten No se difunde Se difunde conrelativa facilidad
Se difunde confacilidad
Cambios de los estados de agregacioacuten
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Es importante destacar las siguientes diferencias
Se llama evaporacioacuten al paso de los liacutequidos al estado gaseoso por debajo del punto deebullicioacuten y ebullicioacuten como el cambio de un liacutequido al estado de vapor y que dependeademaacutes de la presioacuten
Asiacute mismo condensacioacuten como el paso del estado de gas a vapor al estado liacutequido ylicuefaccioacuten como el cambio de un gas al estado liacutequido por elevacioacuten de la presioacuten
a)
Estados de agregacioacuten de algunos elementos quiacutemicos
Liacutequidos Bromo y Mercurio
Gases Helio Neoacuten Argoacuten Kriptoacuten Xenoacuten Radoacuten
Gases diatoacutemicos Hidroacutegeno Nitroacutegeno Oxiacutegeno Cloro Fluacuteor
Soacutelidos Todos los elementos restantes
Tabla perioacutedica La tabla perioacutedica de los elementos clasifica organiza y distribuye losdistintos elementos quiacutemicos conforme a sus propiedades y caracteriacutesticas su funcioacuten
principal es establecer un orden especiacutefico agrupando elementosEn la siguiente tabla perioacutedica observara los siacutembolos de los elementos quiacutemicos hasta hoyconocidos asiacute como algunos datos que se pueden obtener a partir de ella
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Compuestos
Son las sustancias cuyas moleacuteculas estaacuten formadas por aacutetomos diferentes es decir de
varias clases que al combinarse quiacutemicamente cada uno pierde sus propiedades especiacuteficas
para formar otras nuevas al unirse se desprende o absorbe energiacutea sus constituyentes solo
pueden separarse por medios quiacutemicos y tienen composicioacuten definida en peso Cabe aclararque en la formacioacuten de compuestos los elementos quiacutemicos
Las propiedades de las sustancias obtenidas por la descomposicioacuten de un compuesto no
tienen la menor semejanza con las propiedades del compuesto
Leyes ponderales
La formacioacuten de los compuestos se sujeta a las siguientes leyes
Leyes de la conservacioacuten de la materia (Lavoisier) La materia no se crea ni sedestruye solo se transforma
Ley de las proporciones definidas (Proust) Los elementos que forman un
compuesto siempre se combinan en las mismas proporciones de peso
Ley de las proporciones muacuteltiples (Dalton) Si dos elementos forman maacutes de un
compuesto uno de ellos permanece constante en su peso mientras el otro variacutea en
proporcioacuten de nuacutemeros enteros pequentildeos
Isoacutetopo Es la forma en que se pueden presentar un elemento con igual nuacutemero atoacutemico
pero diferente masa atoacutemica debido a que difiere el nuacutemero de neutrones
Mol Es la unidad cientiacutefica fundamental que corresponde a la cantidad de sustancia
(partiacuteculas aacutetomos moleacuteculas etc) Es una cantidad de foacutermula quiacutemica determinada que
contiene el mismo nuacutemero de unidades de foacutermula (aacutetomos moleacuteculas iones etc) que los
aacutetomos que hay en 12 gramos de C12
Peso Atoacutemico Se define como el promedio de las masas atoacutemicas de los isoacutetopos de un
elemento y es igual al nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
a)
Peso foacutermula o molecular (PM) Se calcula por medio de la suma de los pesosatoacutemicos de todos los elementos que constituyen a un compuesto
b) Caacutelculo de peso foacutermula o peso molecular de un compuesto
Foacutermula quiacutemica Es la representacioacuten de un compuesto
Subiacutendice Indica el nuacutemero de aacutetomos de un elemento en una foacutermula
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Coeficiente Indica el nuacutemero de moleacuteculas de un compuesto
Caacutelculo de peso foacutermula
Ejemplo
Calcular el peso foacutermula o molecular del H2SO4 (aacutecido sulfuacuterico)
H2SO4 subiacutendice (nuacutemero de aacutetomos)
Elementos
Elemento Nuacutemero de
aacutetomos
Peso Atoacutemico Total
H 2 1 2
S 1 32 32
O 4 16 64
Pesofoacutermula
- - 98 uma
c)
Conversioacuten gramos a mol y mol a gramos
- Obtener el peso molecular del compuesto
- Sustituir utilizando la siguiente foacutermula para calcular el nuacutemero de moles
=
n mol m masa (g) PM (peso molecular) (gml uma)
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Ejemplo 1
iquestCuaacutentas moles hay en 30g de H2SO4
PM H2SO4 = 98gmol
n = 30g (98gmol) = 03 mol de H2SO4
Foacutermulas miacutenima o empiacuterica
Expresa la relacioacuten numeacuterica entera maacutes sencilla entre los elementos que forman el
compuesto
Se determina de la siguiente manera
Se establecen los aacutetomos-gramos de cada elemento dividendo la masa o el
porcentaje del elemento entre su peso atoacutemico
De los cocientes obtenidos se toma el maacutes pequentildeo como comuacuten denominador para
volver a dividir a todos los cocientes obtenidos
Si el resultado de la relacioacuten antes afectada es fraccionaria se multiplica por dos y
se procede a aproximar
Los nuacutemeros obtenidos seraacuten los subiacutendices de cada elemento en la forma buscada
Ejemplo
Al comprobar por anaacutelisis la composicioacuten de una sustancia se encontraron los siguientes
datos 028g de N y 072 de Mg Determine su foacutermula miacutenima
Elemento PesoAtoacutemico
Peso Relacioacuten Subiacutendices
Mg 24 072 24 = 003 003002 = 15 15X2 = 3
N14 32 002002 = 1 1 X 2 = 2
Foacutermula miacutenima Mg3N2
b)
Foacutermula molecular
Puede ser considerada la foacutermula miacutenima de un compuesto o muacuteltiplo de ella
Los pasos a seguir para su determinacioacuten son
Se designa la foacutermula miacutenima o empiacuterica
Se obtiene el peso foacutermula de la foacutermula miacutenima
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Se divide el peso molecular entre el peso foacutermula
El resultado de la relacioacuten seraacute el nuacutemero de foacutermulas miacutenimas que forman una
moleacutecula
Ejemplo El anaacutelisis de una sustancia pura blanca y cristalina es C = 267 H = 223 O = 711
Determinar su foacutermula molecular si su peso molecular es de 90 gmol
ElementoPeso Atoacutemico Aacutetomo-gramo Relacioacuten Subiacutendice
C12 267 26712 =
222222222 =
101
H 1 2232231 =
1004223222 =
1004 1
O 16 71171116 =
444444222 =
2 2
Foacutermula miacutenima CHO2
Peso foacutermula miacutenima (C = 12 X 1= 12) + (H = 1 X 1 = 1) + (O = 16 X 2 = 32) = 45
Peso molecular Peso foacutermula = 9045 = 2
Foacutermula molecular 2(CHO2) = C2H2O4
c)
Composicioacuten porcentual Es el porcentaje de cada elemento que forma un
compuesto
Se obtiene la siguiente manera
(uacute aacute)( oacute)
100
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de hierro (Fe) y de oxiacutegeno (O) se encuentran el oacutexido feacuterrico (Fe2O3)
El peso molecular de Fe2O3 es 1597 uma
2(5585)
1597 100 = 6994
=3(16)
1597 100 = 3005
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Ecuaciones quiacutemicas
a) Ecuacioacuten quiacutemica Es la representacioacuten de una reaccioacuten quiacutemica
A2 + 4B 2AB2
b)
Balanceo de ecuaciones (por tanteo)Para balancear una ecuacioacuten quiacutemica se deben colocar coeficientes en los compuestos de
tal forma que se tenga la misma cantidad de elementos en reactivos y productos
Ejemplo
H2 + O2 H2O
Se obtiene la cantidad de elementos tanto de los reactivos como de los productos
2-H-2
2-O-1
El oxiacutegeno no estaacute balanceado por lo tanto se busca un coeficiente que pueda igualar la
reaccioacuten
H2 + O2 2H2O
Se verifica se la reaccioacuten esta balanceada
2-H-4
2-O-2
Ahora el hidroacutegeno es el que se necesita igualarse nuevamente se coloca un coeficiente
2H2 + 02 2H2O
4-H-4
2-O-2
Ecuacioacuten balanceada
Estructura atoacutemica
a) Aacutetomo Es la partiacutecula fundamental de la materia que ya no puede dividirse en
porciones pequentildeas A su vez estaacute formado por subpartiacuteculas llamadas
Neutroacuten Sin carga (+-) se encuentran en el nuacutecleo del aacutetomo
Protoacuten Con carga positiva (+) que se encuentra en el nuacutecleo del aacutetomo
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Electroacuten Con carga negativa (-) que se encuentra girando alrededor del nuacutecleo en
orbitas eliacutepticas
b)
Nuacutemero atoacutemico (Z) Es el nuacutemero de protones en un aacutetomo Tambieacuten es igual al
nuacutemero de electrones siempre y cuando no sea un ion
c) Ion Aacutetomo con carga catioacuten (+) porque pierde electrones anioacuten (-) gana
electrones
d) Nuacutemero de masa (A) Es el nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
e)
Nuacutemero de neutrones Neutrones = A - Z
f) Isoacutetopos son aacutetomos con el mismo nuacutemero atoacutemico pero diferente masa atoacutemica
es decir igual nuacutemero de protones con diferentes nuacutemero de neutrones
g) Caacutelculo de las partiacuteculas subatoacutemicas
11Na23 Protones 11+ Electrones 11- Neutrones A- Z = 23 - 11 = 12deg
MODELOS ATOacuteMICOS
a) Modelo de Dalton
- La materia estaacute compuesta de partiacuteculas diminutas llamadas aacutetomos
- Los aacutetomos son indivisibles y las reacciones quiacutemicas son un reacomodo de ellos
-
Todos los aacutetomos de un elemento son iguales en peso y propiedades
-
Los compuestos se componen de diferentes aacutetomos-
Los aacutetomos se combinan en forma entera y en proporcioacuten de nuacutemeros enteros
pequentildeos
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b) Modelos de Thomson (Budiacuten de pasas El aacutetomo es una esfera de electricidad positiva
en la que estaacuten incrustados corpuacutesculos de electricidad negativa (electrones)
c) Modelos de Rutherford
Proponiacutea que toda la masa de un aacutetomo y la totalidad de la carga positiva estaban
concentradas en un conjunto pequentildeo y denso localizado en el centro del aacutetomo (nuacutecleo)
Alrededor de este nuacutecleo a cierta distancia de eacutel estaban los electrones (como enjambres
cargados negativamente) que haciacutean que la partiacutecula fuera eleacutectricamente neutra aunqueno explicoacute coacutemo podiacutean estar afuera y no ser atraiacutedos por el nuacutecleo
d)
Modelo de Bohr
-
Describioacute al aacutetomo como un nuacutecleo central muy pequentildeo cargado positivamentecon electrones girando alrededor de eacutel en oacuterbitas circulares definidas Debido a su
posicioacuten y movimiento el electroacuten posee energiacutea Asumioacute en su teoriacutea que el
electroacuten se podiacutea encontrar solo a distancias especiacuteficas del nuacutecleo en oacuterbitas
determinadas es decir que la energiacutea del electroacuten estaba ldquocuantizadardquo y por lotanto soacutelo podiacutea tener ciertos valores
-
El aacutetomo de Hidroacutegeno de acuerdo con el modelo de Bohr tendraacute un electroacuten
localizado en una oacuterbita que despende de la energiacutea el electroacuten Las posiciones
cuantizadas posibles del electroacuten se llaman estados de energiacutea o niveles de energiacutea
del electroacuten
- Cuando los electrones se situacutean en el estado de energiacutea cuantizado maacutes bajo
permisible se llaman aacutetomos en estado basal o fundamental cuando el electroacuten
brinca a un nivel maacutes alto se dice que esta excitado y por lo tanto al aacutetomo se le
llama aacutetomo en estado excitado
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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2
47 QUIacuteMICA
La ciencia no es maacutes que un refinamiento del pensamiento cotidiano
Albert Einstein
Quiacutemica es la ciencia que estudia a la materia con respecto a su composicioacuten y sus
transformaciones
Materia Todo lo que ocupa un lugar en el espacio
Propiedades fiacutesicas y quiacutemicas
Propiedades fiacutesicas Caracteriacutesticas de una sustancia que pueden variar sin que setransforme en otra sustancia Ejemplo Solubilidad densidad punto de fusioacuten punto decongelacioacuten viscosidad etc
Propiedades quiacutemicas Capacidades de una sustancia para transformarse en otrasdiferentes Ejemplo valencia electronegatividad potencial de ionizacioacuten etc
Propiedades generales particulares y especiacuteficas de la materia
a) Propiedades generales Son aquellas que todos los cuerpos poseen sin excepcioacuten
Masa cantidad de materia contenida en un cuerpo es una medida de la inercia queposee es invariable y siempre tiene el mismo valor sin importar el sitio en donde seencuentre el cuerpo
Peso es la fuerza de atraccioacuten que se ejerce sobre un cuerpo debido a la fuerza degravedad puede variar cuando el cuerpo es transportado de un sitio a otro
Volumen o extensioacuten es el espacio que ocupa el cuerpo
Impenetrabilidad dos cuerpos no pueden ocupar el mismo espacio al mismotiempo
Inercia un cuerpo conservaraacute su estado de reposo o movimiento rectiliacuteneouniforme a menos que una fuerza externa lo modifique
Divisibilidad cualquier cuerpo puede dividirse en pedazos maacutes pequentildeospartiacuteculas moleacuteculas aacutetomos etc
Porosidad los cuerpos estaacuten formados por partiacuteculas diminutas que dejan espaciosvaciacuteos entre si llamados poros
Elasticidad los cuerpos pueden cambiar de forma cuando se les aplica una fuerza yrecuperar la original tan pronto desaparezca la fuerza aplicada
Compresibilidad todos los cuerpos pueden ser comprimidos bajo la accioacuten de unafuerza
Permeabilidad propiedad que permite el paso de una sustancia dentro de uncuerpo o en su superficie
b)
Propiedades particulares Estas se presentan exclusivamente en el estado soacutelido
Dureza es la resistencia que opone un cuerpo al corte a la penetracioacuten o ser rayado
Fragilidad es la resistencia a la ruptura
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3
Tenacidad es la resistencia que tiene un cuerpo a romperse o deformarse cuandose golpea o se aplica una fuerza
Maleabilidad aptitud que tienen los metales para extenderse formando hojas olaacuteminas
Ductilidad propiedad de estirarse sin romperse para formar hilos o alambres
c) Propiedades especiacuteficas Estas propiedades permiten distinguir a una sustancia deotra entre cuales estaacuten las siguientes
Densidad es la cantidad de materia contenida en la unidad de volumen de unasustancia
Estado de agregacioacuten soacutelido liacutequido gaseoso y plasma
Solubilidad propiedad para disolverse una sustancia especialmente en agua o enotras sustancia especialmente en agua o en otras sustancias con facilidad y formaruna solucioacuten
Punto de ebullicioacuten temperatura a la cual hierve un liacutequido y se transforma en gas
o en vapor Punto de fusioacuten temperatura a la cual un soacutelido se funde para transformarse en
liacutequido
Conductividad eleacutectrica facilidad de permitir el paso de la corriente eleacutectrica
Viscosidad resistencia de algunos cuerpos (liacutequidos) para fluir o deslizarse confacilidad
Tensioacuten superficial fuerza entre las moleacuteculas de la superficie de un liquido
Oxidacioacuten facilidad de los cuerpos para reaccionar con el oxiacutegeno o bien paraperder electrones al combinarse con otra sustancia
Brillo propiedad de los cuerpos para poder reflejar la luz
Entre otras propiedades se encuentran el color olor sabor combustioacuten calor especiacuteficocorrosioacuten reduccioacuten electronegatividad afinidad electroacutenica radio atoacutemico nuacutemeroatoacutemico etc
Energiacutea Es la capacidad de desarrollar o generar un trabajo Tipos de energiacutea
Energiacutea mecaacutenica es la energiacutea de movimiento y se puede dividir en potencial y cineacutetica
Energiacutea potencial es la energiacutea almacenada por un cuerpo cuando este permanece enestado de reposo absoluto depende de la posicioacuten o altura en la que se encuentre elcuerpo
Ep= mgh
m=masa (g) g = aceleracioacuten de la gravedad (98ms2) h= altura
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4
Energiacutea cineacutetica es propiamente la energiacutea que posee un cuerpo en movimiento la cualdepende de la velocidad del mismo
Ec =sup2
m = masa (g) v = velocidad (ms)
Energiacutea caloriacutefica o teacutermica se debe a la friccioacuten o rozamiento de las moleacuteculas de uncuerpo debido a su energiacutea cineacutetica
Energiacutea eleacutectrica se debe al movimiento de los electrones a traveacutes de un conductor
Energiacutea hidraacuteulica se debe al movimiento de los fluidos (liacutequidos y gases)
Energiacutea quiacutemica se obtiene cuando se lleva a cabo una reaccioacuten quiacutemica
Energiacutea eoacutelica se debe al movimiento del aire
Energiacutea solar se debe a las radiaciones emitidas por el sol por medio de ondas
electromagneacuteticas
Energiacutea nuclear se debe al rompimiento (fisioacuten) o unioacuten (fusioacuten) de nuacutecleos atoacutemicos condesprendimiento de partiacuteculas alfa beta y gamma
Energiacutea atoacutemica se debe al movimiento de los electrones de un aacutetomo en los diferentesniveles de energiacutea cuando eacuteste es excitado
Energiacutea geoteacutermica generado por el calor interno de la tierra
Sistema Internacional de Unidades o Sistema Meacutetrico decimal
Magnitud Sistemainternacional(SI)
Sistema CGS Sistema ingleacutes Sistema MKS
Longitud Metro centiacutemetro pie metro
Masa kilogramo gramo libra kilogramo
Tiempo Segundo segundo segundo segundo
a)
Sistema CGS Sistema que toma como unidades baacutesicas el centiacutemetro gramo y elsegundo
b)
Sistema MKS Sistema cuyas unidades baacutesicas son el metro kilogramo y segundo
c) Sistema Internacional de unidades (SI) Tambieacuten conocido como sistema meacutetricodecimal Tiene siete unidades baacutesicas (metro kilogramo segundo amperio Kelvinmol y candela)
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5
Metro (m) unidad baacutesica legal de la longitud en el Sistema Internacional definidacomo equivalente a la longitud del trayecto recorrido en el vaciacuteo por la luz laacuteserdurante un tiempo de 1299782258 s
Kilogramo (kg) unidad de medida de masa en el SI equivalente a la masa delprototipo de platino iridiado
Segundo (s) unidad de medida del tiempo originalmente definida como 186400parte del diacutea solar medio La definicioacuten fiacutesico-atoacutemica de 1967 1s= 9 192 631 vecesla duracioacuten del periodo de la radiacioacuten entre dos niveles de estructura superfina delnuacutecleo del aacutetomo de cesio Cs153
d)
Sistema ingleacutes Es el sistema de unidades que se utiliza en los paiacuteses anglosajones
6 Temperatura (definiciones y escalas) Es la medida de la energiacutea caloriacutefica que posee uncuerpo Es una medida del movimiento aleatorio de traslacioacuten de los aacutetomos y moleacuteculasde un cuerpo en forma maacutes especiacutefica es una medida de la energiacutea cineacutetica promedio delos aacutetomos y moleacuteculas de un cuerpo
Escalas de temperatura
En la actualidad se utilizan tres escalas termomeacutetricas Escala centiacutegrada o Celsius EscalaFahrenheit y la Escala absoluta de temperatura Kelvin
Comparacioacuten entre las escalas Kelvin Celsius y Fahrenheit
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6
Conversioacuten de escalas de temperatura
degC a degF degF = degC (95) + 32degF a degC degC = (59 )(degF -32)degC a degK degK = degC +273degK a degC degC = degK -273
Calor Se define como la suma de las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas queconstituyen un cuerpo Es una forma de energiacutea que se debe al movimientomolecular
Densidad Cantidad de masa contenida en una unidad de volumen
=
m = masa (g) V= volumen (cm3 mol o l)
Ejemplo 1
La densidad del agua es 100 gml EL hielo flota en el agua por lo tanto es menos denso Siuna muestra de hielo pesa 33 g y ocupa un volumen de 36 ml iquestCuaacutel es la densidad delhielo
=33
36 = 092
Ejemplo 2
iquestCuaacutel seraacute el volumen ocupado por 45 gramos de un gas cuya densidad es de 37 glDespejando la foacutermula de densidad al volumen
=
Sustitucioacuten
=45
37 = 1216
LOS ELEMENTOS QUIacuteMICOS Y LOS COMPUESTOS
Elementos Son sustancias puras que no pueden ser separadas en sustancias maacutes simples Son las unidades fundamentales que constituyen a la materia es la unioacuten de aacutetomos delmismo tipo dando sustancias con propiedades fiacutesicas y quiacutemicas caracteriacutesticas de eseelemento
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Cada elemento tiene un nombre y siacutembolo uacutenico que tiene un origen histoacuterico Los siacutembolosse derivan del nombre de los elementos (algunos provienen del latiacuten o del griego) serepresentan con una o dos letras especiacuteficas que se usan internacionalmente La primeraletra es mayuacutescula y si hay una segunda letra esta siempre es minuacutescula
Ejemplos
Sodio (Natrium) NaAluminio AlCarbono C
Estado de agregacioacuten molecular
Las sustancias estaacuten constituidas por aacutetomos iones o moleacuteculas Estas partiacuteculas se hallansujetas a fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten
Las fuerzas de atraccioacuten entre partiacuteculas de una misma sustancias se conocen como fuerzasde cohesioacuten
Las fuerzas de repulsioacuten son el resultado de la energiacutea cineacutetica que poseen las partiacuteculas yque las mantiene en constante movimiento
El estado de agregacioacuten o estado fiacutesico de un cuerpo depende de estas dos fuerzas
El estado soacutelido se presenta cuando la cohesioacuten es mayor que la repulsioacuten
El estado liacutequido se manifiesta cuando ambas fuerzas son iguales
El estado gaseoso se observa cuando la cohesioacuten es menor a la repulsioacuten
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Cada estado de agregacioacuten se distingue de los otros por ciertas propiedades entre ellas se
encuentran
Caracteriacutesticas Soacutelido Liacutequido Gaseoso
Energiacutea cineacutetica Es menor que lapotencial
EC lt Ep
Son casi iguales lacineacutetica y la potencial
EC = Ep
Es mayor que lapotencial
EC gt Ep
Movimiento molecular Las moleacuteculasposeen movimientovibratorio
Tienen las moleacuteculasun movimientorotatorio es decirresbalan y ruedanunas sobre las otras amanera de canicas
Las moleacuteculas exhibenun movimientorectiliacuteneo y chocancontra las paredes delos recipientes que lascontienen
Unioacuten molecular Se encuentran muycercanas unas de
otras
Los espaciosintermoleculares son
mayores que en lossoacutelidos
Los espaciosintermoleculares son
muy grandes
Forma Propia La del recipiente quelo contiene
No posee
Volumen Constante Constante Ocupa todo el espaciodisponible y seexpande
Fluidez No Si faacutecilmente Si muy faacutecilmente
Difusioacuten No se difunde Se difunde conrelativa facilidad
Se difunde confacilidad
Cambios de los estados de agregacioacuten
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Es importante destacar las siguientes diferencias
Se llama evaporacioacuten al paso de los liacutequidos al estado gaseoso por debajo del punto deebullicioacuten y ebullicioacuten como el cambio de un liacutequido al estado de vapor y que dependeademaacutes de la presioacuten
Asiacute mismo condensacioacuten como el paso del estado de gas a vapor al estado liacutequido ylicuefaccioacuten como el cambio de un gas al estado liacutequido por elevacioacuten de la presioacuten
a)
Estados de agregacioacuten de algunos elementos quiacutemicos
Liacutequidos Bromo y Mercurio
Gases Helio Neoacuten Argoacuten Kriptoacuten Xenoacuten Radoacuten
Gases diatoacutemicos Hidroacutegeno Nitroacutegeno Oxiacutegeno Cloro Fluacuteor
Soacutelidos Todos los elementos restantes
Tabla perioacutedica La tabla perioacutedica de los elementos clasifica organiza y distribuye losdistintos elementos quiacutemicos conforme a sus propiedades y caracteriacutesticas su funcioacuten
principal es establecer un orden especiacutefico agrupando elementosEn la siguiente tabla perioacutedica observara los siacutembolos de los elementos quiacutemicos hasta hoyconocidos asiacute como algunos datos que se pueden obtener a partir de ella
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Compuestos
Son las sustancias cuyas moleacuteculas estaacuten formadas por aacutetomos diferentes es decir de
varias clases que al combinarse quiacutemicamente cada uno pierde sus propiedades especiacuteficas
para formar otras nuevas al unirse se desprende o absorbe energiacutea sus constituyentes solo
pueden separarse por medios quiacutemicos y tienen composicioacuten definida en peso Cabe aclararque en la formacioacuten de compuestos los elementos quiacutemicos
Las propiedades de las sustancias obtenidas por la descomposicioacuten de un compuesto no
tienen la menor semejanza con las propiedades del compuesto
Leyes ponderales
La formacioacuten de los compuestos se sujeta a las siguientes leyes
Leyes de la conservacioacuten de la materia (Lavoisier) La materia no se crea ni sedestruye solo se transforma
Ley de las proporciones definidas (Proust) Los elementos que forman un
compuesto siempre se combinan en las mismas proporciones de peso
Ley de las proporciones muacuteltiples (Dalton) Si dos elementos forman maacutes de un
compuesto uno de ellos permanece constante en su peso mientras el otro variacutea en
proporcioacuten de nuacutemeros enteros pequentildeos
Isoacutetopo Es la forma en que se pueden presentar un elemento con igual nuacutemero atoacutemico
pero diferente masa atoacutemica debido a que difiere el nuacutemero de neutrones
Mol Es la unidad cientiacutefica fundamental que corresponde a la cantidad de sustancia
(partiacuteculas aacutetomos moleacuteculas etc) Es una cantidad de foacutermula quiacutemica determinada que
contiene el mismo nuacutemero de unidades de foacutermula (aacutetomos moleacuteculas iones etc) que los
aacutetomos que hay en 12 gramos de C12
Peso Atoacutemico Se define como el promedio de las masas atoacutemicas de los isoacutetopos de un
elemento y es igual al nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
a)
Peso foacutermula o molecular (PM) Se calcula por medio de la suma de los pesosatoacutemicos de todos los elementos que constituyen a un compuesto
b) Caacutelculo de peso foacutermula o peso molecular de un compuesto
Foacutermula quiacutemica Es la representacioacuten de un compuesto
Subiacutendice Indica el nuacutemero de aacutetomos de un elemento en una foacutermula
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Coeficiente Indica el nuacutemero de moleacuteculas de un compuesto
Caacutelculo de peso foacutermula
Ejemplo
Calcular el peso foacutermula o molecular del H2SO4 (aacutecido sulfuacuterico)
H2SO4 subiacutendice (nuacutemero de aacutetomos)
Elementos
Elemento Nuacutemero de
aacutetomos
Peso Atoacutemico Total
H 2 1 2
S 1 32 32
O 4 16 64
Pesofoacutermula
- - 98 uma
c)
Conversioacuten gramos a mol y mol a gramos
- Obtener el peso molecular del compuesto
- Sustituir utilizando la siguiente foacutermula para calcular el nuacutemero de moles
=
n mol m masa (g) PM (peso molecular) (gml uma)
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Ejemplo 1
iquestCuaacutentas moles hay en 30g de H2SO4
PM H2SO4 = 98gmol
n = 30g (98gmol) = 03 mol de H2SO4
Foacutermulas miacutenima o empiacuterica
Expresa la relacioacuten numeacuterica entera maacutes sencilla entre los elementos que forman el
compuesto
Se determina de la siguiente manera
Se establecen los aacutetomos-gramos de cada elemento dividendo la masa o el
porcentaje del elemento entre su peso atoacutemico
De los cocientes obtenidos se toma el maacutes pequentildeo como comuacuten denominador para
volver a dividir a todos los cocientes obtenidos
Si el resultado de la relacioacuten antes afectada es fraccionaria se multiplica por dos y
se procede a aproximar
Los nuacutemeros obtenidos seraacuten los subiacutendices de cada elemento en la forma buscada
Ejemplo
Al comprobar por anaacutelisis la composicioacuten de una sustancia se encontraron los siguientes
datos 028g de N y 072 de Mg Determine su foacutermula miacutenima
Elemento PesoAtoacutemico
Peso Relacioacuten Subiacutendices
Mg 24 072 24 = 003 003002 = 15 15X2 = 3
N14 32 002002 = 1 1 X 2 = 2
Foacutermula miacutenima Mg3N2
b)
Foacutermula molecular
Puede ser considerada la foacutermula miacutenima de un compuesto o muacuteltiplo de ella
Los pasos a seguir para su determinacioacuten son
Se designa la foacutermula miacutenima o empiacuterica
Se obtiene el peso foacutermula de la foacutermula miacutenima
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Se divide el peso molecular entre el peso foacutermula
El resultado de la relacioacuten seraacute el nuacutemero de foacutermulas miacutenimas que forman una
moleacutecula
Ejemplo El anaacutelisis de una sustancia pura blanca y cristalina es C = 267 H = 223 O = 711
Determinar su foacutermula molecular si su peso molecular es de 90 gmol
ElementoPeso Atoacutemico Aacutetomo-gramo Relacioacuten Subiacutendice
C12 267 26712 =
222222222 =
101
H 1 2232231 =
1004223222 =
1004 1
O 16 71171116 =
444444222 =
2 2
Foacutermula miacutenima CHO2
Peso foacutermula miacutenima (C = 12 X 1= 12) + (H = 1 X 1 = 1) + (O = 16 X 2 = 32) = 45
Peso molecular Peso foacutermula = 9045 = 2
Foacutermula molecular 2(CHO2) = C2H2O4
c)
Composicioacuten porcentual Es el porcentaje de cada elemento que forma un
compuesto
Se obtiene la siguiente manera
(uacute aacute)( oacute)
100
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de hierro (Fe) y de oxiacutegeno (O) se encuentran el oacutexido feacuterrico (Fe2O3)
El peso molecular de Fe2O3 es 1597 uma
2(5585)
1597 100 = 6994
=3(16)
1597 100 = 3005
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Ecuaciones quiacutemicas
a) Ecuacioacuten quiacutemica Es la representacioacuten de una reaccioacuten quiacutemica
A2 + 4B 2AB2
b)
Balanceo de ecuaciones (por tanteo)Para balancear una ecuacioacuten quiacutemica se deben colocar coeficientes en los compuestos de
tal forma que se tenga la misma cantidad de elementos en reactivos y productos
Ejemplo
H2 + O2 H2O
Se obtiene la cantidad de elementos tanto de los reactivos como de los productos
2-H-2
2-O-1
El oxiacutegeno no estaacute balanceado por lo tanto se busca un coeficiente que pueda igualar la
reaccioacuten
H2 + O2 2H2O
Se verifica se la reaccioacuten esta balanceada
2-H-4
2-O-2
Ahora el hidroacutegeno es el que se necesita igualarse nuevamente se coloca un coeficiente
2H2 + 02 2H2O
4-H-4
2-O-2
Ecuacioacuten balanceada
Estructura atoacutemica
a) Aacutetomo Es la partiacutecula fundamental de la materia que ya no puede dividirse en
porciones pequentildeas A su vez estaacute formado por subpartiacuteculas llamadas
Neutroacuten Sin carga (+-) se encuentran en el nuacutecleo del aacutetomo
Protoacuten Con carga positiva (+) que se encuentra en el nuacutecleo del aacutetomo
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Electroacuten Con carga negativa (-) que se encuentra girando alrededor del nuacutecleo en
orbitas eliacutepticas
b)
Nuacutemero atoacutemico (Z) Es el nuacutemero de protones en un aacutetomo Tambieacuten es igual al
nuacutemero de electrones siempre y cuando no sea un ion
c) Ion Aacutetomo con carga catioacuten (+) porque pierde electrones anioacuten (-) gana
electrones
d) Nuacutemero de masa (A) Es el nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
e)
Nuacutemero de neutrones Neutrones = A - Z
f) Isoacutetopos son aacutetomos con el mismo nuacutemero atoacutemico pero diferente masa atoacutemica
es decir igual nuacutemero de protones con diferentes nuacutemero de neutrones
g) Caacutelculo de las partiacuteculas subatoacutemicas
11Na23 Protones 11+ Electrones 11- Neutrones A- Z = 23 - 11 = 12deg
MODELOS ATOacuteMICOS
a) Modelo de Dalton
- La materia estaacute compuesta de partiacuteculas diminutas llamadas aacutetomos
- Los aacutetomos son indivisibles y las reacciones quiacutemicas son un reacomodo de ellos
-
Todos los aacutetomos de un elemento son iguales en peso y propiedades
-
Los compuestos se componen de diferentes aacutetomos-
Los aacutetomos se combinan en forma entera y en proporcioacuten de nuacutemeros enteros
pequentildeos
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b) Modelos de Thomson (Budiacuten de pasas El aacutetomo es una esfera de electricidad positiva
en la que estaacuten incrustados corpuacutesculos de electricidad negativa (electrones)
c) Modelos de Rutherford
Proponiacutea que toda la masa de un aacutetomo y la totalidad de la carga positiva estaban
concentradas en un conjunto pequentildeo y denso localizado en el centro del aacutetomo (nuacutecleo)
Alrededor de este nuacutecleo a cierta distancia de eacutel estaban los electrones (como enjambres
cargados negativamente) que haciacutean que la partiacutecula fuera eleacutectricamente neutra aunqueno explicoacute coacutemo podiacutean estar afuera y no ser atraiacutedos por el nuacutecleo
d)
Modelo de Bohr
-
Describioacute al aacutetomo como un nuacutecleo central muy pequentildeo cargado positivamentecon electrones girando alrededor de eacutel en oacuterbitas circulares definidas Debido a su
posicioacuten y movimiento el electroacuten posee energiacutea Asumioacute en su teoriacutea que el
electroacuten se podiacutea encontrar solo a distancias especiacuteficas del nuacutecleo en oacuterbitas
determinadas es decir que la energiacutea del electroacuten estaba ldquocuantizadardquo y por lotanto soacutelo podiacutea tener ciertos valores
-
El aacutetomo de Hidroacutegeno de acuerdo con el modelo de Bohr tendraacute un electroacuten
localizado en una oacuterbita que despende de la energiacutea el electroacuten Las posiciones
cuantizadas posibles del electroacuten se llaman estados de energiacutea o niveles de energiacutea
del electroacuten
- Cuando los electrones se situacutean en el estado de energiacutea cuantizado maacutes bajo
permisible se llaman aacutetomos en estado basal o fundamental cuando el electroacuten
brinca a un nivel maacutes alto se dice que esta excitado y por lo tanto al aacutetomo se le
llama aacutetomo en estado excitado
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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3
Tenacidad es la resistencia que tiene un cuerpo a romperse o deformarse cuandose golpea o se aplica una fuerza
Maleabilidad aptitud que tienen los metales para extenderse formando hojas olaacuteminas
Ductilidad propiedad de estirarse sin romperse para formar hilos o alambres
c) Propiedades especiacuteficas Estas propiedades permiten distinguir a una sustancia deotra entre cuales estaacuten las siguientes
Densidad es la cantidad de materia contenida en la unidad de volumen de unasustancia
Estado de agregacioacuten soacutelido liacutequido gaseoso y plasma
Solubilidad propiedad para disolverse una sustancia especialmente en agua o enotras sustancia especialmente en agua o en otras sustancias con facilidad y formaruna solucioacuten
Punto de ebullicioacuten temperatura a la cual hierve un liacutequido y se transforma en gas
o en vapor Punto de fusioacuten temperatura a la cual un soacutelido se funde para transformarse en
liacutequido
Conductividad eleacutectrica facilidad de permitir el paso de la corriente eleacutectrica
Viscosidad resistencia de algunos cuerpos (liacutequidos) para fluir o deslizarse confacilidad
Tensioacuten superficial fuerza entre las moleacuteculas de la superficie de un liquido
Oxidacioacuten facilidad de los cuerpos para reaccionar con el oxiacutegeno o bien paraperder electrones al combinarse con otra sustancia
Brillo propiedad de los cuerpos para poder reflejar la luz
Entre otras propiedades se encuentran el color olor sabor combustioacuten calor especiacuteficocorrosioacuten reduccioacuten electronegatividad afinidad electroacutenica radio atoacutemico nuacutemeroatoacutemico etc
Energiacutea Es la capacidad de desarrollar o generar un trabajo Tipos de energiacutea
Energiacutea mecaacutenica es la energiacutea de movimiento y se puede dividir en potencial y cineacutetica
Energiacutea potencial es la energiacutea almacenada por un cuerpo cuando este permanece enestado de reposo absoluto depende de la posicioacuten o altura en la que se encuentre elcuerpo
Ep= mgh
m=masa (g) g = aceleracioacuten de la gravedad (98ms2) h= altura
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4
Energiacutea cineacutetica es propiamente la energiacutea que posee un cuerpo en movimiento la cualdepende de la velocidad del mismo
Ec =sup2
m = masa (g) v = velocidad (ms)
Energiacutea caloriacutefica o teacutermica se debe a la friccioacuten o rozamiento de las moleacuteculas de uncuerpo debido a su energiacutea cineacutetica
Energiacutea eleacutectrica se debe al movimiento de los electrones a traveacutes de un conductor
Energiacutea hidraacuteulica se debe al movimiento de los fluidos (liacutequidos y gases)
Energiacutea quiacutemica se obtiene cuando se lleva a cabo una reaccioacuten quiacutemica
Energiacutea eoacutelica se debe al movimiento del aire
Energiacutea solar se debe a las radiaciones emitidas por el sol por medio de ondas
electromagneacuteticas
Energiacutea nuclear se debe al rompimiento (fisioacuten) o unioacuten (fusioacuten) de nuacutecleos atoacutemicos condesprendimiento de partiacuteculas alfa beta y gamma
Energiacutea atoacutemica se debe al movimiento de los electrones de un aacutetomo en los diferentesniveles de energiacutea cuando eacuteste es excitado
Energiacutea geoteacutermica generado por el calor interno de la tierra
Sistema Internacional de Unidades o Sistema Meacutetrico decimal
Magnitud Sistemainternacional(SI)
Sistema CGS Sistema ingleacutes Sistema MKS
Longitud Metro centiacutemetro pie metro
Masa kilogramo gramo libra kilogramo
Tiempo Segundo segundo segundo segundo
a)
Sistema CGS Sistema que toma como unidades baacutesicas el centiacutemetro gramo y elsegundo
b)
Sistema MKS Sistema cuyas unidades baacutesicas son el metro kilogramo y segundo
c) Sistema Internacional de unidades (SI) Tambieacuten conocido como sistema meacutetricodecimal Tiene siete unidades baacutesicas (metro kilogramo segundo amperio Kelvinmol y candela)
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5
Metro (m) unidad baacutesica legal de la longitud en el Sistema Internacional definidacomo equivalente a la longitud del trayecto recorrido en el vaciacuteo por la luz laacuteserdurante un tiempo de 1299782258 s
Kilogramo (kg) unidad de medida de masa en el SI equivalente a la masa delprototipo de platino iridiado
Segundo (s) unidad de medida del tiempo originalmente definida como 186400parte del diacutea solar medio La definicioacuten fiacutesico-atoacutemica de 1967 1s= 9 192 631 vecesla duracioacuten del periodo de la radiacioacuten entre dos niveles de estructura superfina delnuacutecleo del aacutetomo de cesio Cs153
d)
Sistema ingleacutes Es el sistema de unidades que se utiliza en los paiacuteses anglosajones
6 Temperatura (definiciones y escalas) Es la medida de la energiacutea caloriacutefica que posee uncuerpo Es una medida del movimiento aleatorio de traslacioacuten de los aacutetomos y moleacuteculasde un cuerpo en forma maacutes especiacutefica es una medida de la energiacutea cineacutetica promedio delos aacutetomos y moleacuteculas de un cuerpo
Escalas de temperatura
En la actualidad se utilizan tres escalas termomeacutetricas Escala centiacutegrada o Celsius EscalaFahrenheit y la Escala absoluta de temperatura Kelvin
Comparacioacuten entre las escalas Kelvin Celsius y Fahrenheit
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6
Conversioacuten de escalas de temperatura
degC a degF degF = degC (95) + 32degF a degC degC = (59 )(degF -32)degC a degK degK = degC +273degK a degC degC = degK -273
Calor Se define como la suma de las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas queconstituyen un cuerpo Es una forma de energiacutea que se debe al movimientomolecular
Densidad Cantidad de masa contenida en una unidad de volumen
=
m = masa (g) V= volumen (cm3 mol o l)
Ejemplo 1
La densidad del agua es 100 gml EL hielo flota en el agua por lo tanto es menos denso Siuna muestra de hielo pesa 33 g y ocupa un volumen de 36 ml iquestCuaacutel es la densidad delhielo
=33
36 = 092
Ejemplo 2
iquestCuaacutel seraacute el volumen ocupado por 45 gramos de un gas cuya densidad es de 37 glDespejando la foacutermula de densidad al volumen
=
Sustitucioacuten
=45
37 = 1216
LOS ELEMENTOS QUIacuteMICOS Y LOS COMPUESTOS
Elementos Son sustancias puras que no pueden ser separadas en sustancias maacutes simples Son las unidades fundamentales que constituyen a la materia es la unioacuten de aacutetomos delmismo tipo dando sustancias con propiedades fiacutesicas y quiacutemicas caracteriacutesticas de eseelemento
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7
Cada elemento tiene un nombre y siacutembolo uacutenico que tiene un origen histoacuterico Los siacutembolosse derivan del nombre de los elementos (algunos provienen del latiacuten o del griego) serepresentan con una o dos letras especiacuteficas que se usan internacionalmente La primeraletra es mayuacutescula y si hay una segunda letra esta siempre es minuacutescula
Ejemplos
Sodio (Natrium) NaAluminio AlCarbono C
Estado de agregacioacuten molecular
Las sustancias estaacuten constituidas por aacutetomos iones o moleacuteculas Estas partiacuteculas se hallansujetas a fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten
Las fuerzas de atraccioacuten entre partiacuteculas de una misma sustancias se conocen como fuerzasde cohesioacuten
Las fuerzas de repulsioacuten son el resultado de la energiacutea cineacutetica que poseen las partiacuteculas yque las mantiene en constante movimiento
El estado de agregacioacuten o estado fiacutesico de un cuerpo depende de estas dos fuerzas
El estado soacutelido se presenta cuando la cohesioacuten es mayor que la repulsioacuten
El estado liacutequido se manifiesta cuando ambas fuerzas son iguales
El estado gaseoso se observa cuando la cohesioacuten es menor a la repulsioacuten
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Cada estado de agregacioacuten se distingue de los otros por ciertas propiedades entre ellas se
encuentran
Caracteriacutesticas Soacutelido Liacutequido Gaseoso
Energiacutea cineacutetica Es menor que lapotencial
EC lt Ep
Son casi iguales lacineacutetica y la potencial
EC = Ep
Es mayor que lapotencial
EC gt Ep
Movimiento molecular Las moleacuteculasposeen movimientovibratorio
Tienen las moleacuteculasun movimientorotatorio es decirresbalan y ruedanunas sobre las otras amanera de canicas
Las moleacuteculas exhibenun movimientorectiliacuteneo y chocancontra las paredes delos recipientes que lascontienen
Unioacuten molecular Se encuentran muycercanas unas de
otras
Los espaciosintermoleculares son
mayores que en lossoacutelidos
Los espaciosintermoleculares son
muy grandes
Forma Propia La del recipiente quelo contiene
No posee
Volumen Constante Constante Ocupa todo el espaciodisponible y seexpande
Fluidez No Si faacutecilmente Si muy faacutecilmente
Difusioacuten No se difunde Se difunde conrelativa facilidad
Se difunde confacilidad
Cambios de los estados de agregacioacuten
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Es importante destacar las siguientes diferencias
Se llama evaporacioacuten al paso de los liacutequidos al estado gaseoso por debajo del punto deebullicioacuten y ebullicioacuten como el cambio de un liacutequido al estado de vapor y que dependeademaacutes de la presioacuten
Asiacute mismo condensacioacuten como el paso del estado de gas a vapor al estado liacutequido ylicuefaccioacuten como el cambio de un gas al estado liacutequido por elevacioacuten de la presioacuten
a)
Estados de agregacioacuten de algunos elementos quiacutemicos
Liacutequidos Bromo y Mercurio
Gases Helio Neoacuten Argoacuten Kriptoacuten Xenoacuten Radoacuten
Gases diatoacutemicos Hidroacutegeno Nitroacutegeno Oxiacutegeno Cloro Fluacuteor
Soacutelidos Todos los elementos restantes
Tabla perioacutedica La tabla perioacutedica de los elementos clasifica organiza y distribuye losdistintos elementos quiacutemicos conforme a sus propiedades y caracteriacutesticas su funcioacuten
principal es establecer un orden especiacutefico agrupando elementosEn la siguiente tabla perioacutedica observara los siacutembolos de los elementos quiacutemicos hasta hoyconocidos asiacute como algunos datos que se pueden obtener a partir de ella
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Compuestos
Son las sustancias cuyas moleacuteculas estaacuten formadas por aacutetomos diferentes es decir de
varias clases que al combinarse quiacutemicamente cada uno pierde sus propiedades especiacuteficas
para formar otras nuevas al unirse se desprende o absorbe energiacutea sus constituyentes solo
pueden separarse por medios quiacutemicos y tienen composicioacuten definida en peso Cabe aclararque en la formacioacuten de compuestos los elementos quiacutemicos
Las propiedades de las sustancias obtenidas por la descomposicioacuten de un compuesto no
tienen la menor semejanza con las propiedades del compuesto
Leyes ponderales
La formacioacuten de los compuestos se sujeta a las siguientes leyes
Leyes de la conservacioacuten de la materia (Lavoisier) La materia no se crea ni sedestruye solo se transforma
Ley de las proporciones definidas (Proust) Los elementos que forman un
compuesto siempre se combinan en las mismas proporciones de peso
Ley de las proporciones muacuteltiples (Dalton) Si dos elementos forman maacutes de un
compuesto uno de ellos permanece constante en su peso mientras el otro variacutea en
proporcioacuten de nuacutemeros enteros pequentildeos
Isoacutetopo Es la forma en que se pueden presentar un elemento con igual nuacutemero atoacutemico
pero diferente masa atoacutemica debido a que difiere el nuacutemero de neutrones
Mol Es la unidad cientiacutefica fundamental que corresponde a la cantidad de sustancia
(partiacuteculas aacutetomos moleacuteculas etc) Es una cantidad de foacutermula quiacutemica determinada que
contiene el mismo nuacutemero de unidades de foacutermula (aacutetomos moleacuteculas iones etc) que los
aacutetomos que hay en 12 gramos de C12
Peso Atoacutemico Se define como el promedio de las masas atoacutemicas de los isoacutetopos de un
elemento y es igual al nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
a)
Peso foacutermula o molecular (PM) Se calcula por medio de la suma de los pesosatoacutemicos de todos los elementos que constituyen a un compuesto
b) Caacutelculo de peso foacutermula o peso molecular de un compuesto
Foacutermula quiacutemica Es la representacioacuten de un compuesto
Subiacutendice Indica el nuacutemero de aacutetomos de un elemento en una foacutermula
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Coeficiente Indica el nuacutemero de moleacuteculas de un compuesto
Caacutelculo de peso foacutermula
Ejemplo
Calcular el peso foacutermula o molecular del H2SO4 (aacutecido sulfuacuterico)
H2SO4 subiacutendice (nuacutemero de aacutetomos)
Elementos
Elemento Nuacutemero de
aacutetomos
Peso Atoacutemico Total
H 2 1 2
S 1 32 32
O 4 16 64
Pesofoacutermula
- - 98 uma
c)
Conversioacuten gramos a mol y mol a gramos
- Obtener el peso molecular del compuesto
- Sustituir utilizando la siguiente foacutermula para calcular el nuacutemero de moles
=
n mol m masa (g) PM (peso molecular) (gml uma)
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Ejemplo 1
iquestCuaacutentas moles hay en 30g de H2SO4
PM H2SO4 = 98gmol
n = 30g (98gmol) = 03 mol de H2SO4
Foacutermulas miacutenima o empiacuterica
Expresa la relacioacuten numeacuterica entera maacutes sencilla entre los elementos que forman el
compuesto
Se determina de la siguiente manera
Se establecen los aacutetomos-gramos de cada elemento dividendo la masa o el
porcentaje del elemento entre su peso atoacutemico
De los cocientes obtenidos se toma el maacutes pequentildeo como comuacuten denominador para
volver a dividir a todos los cocientes obtenidos
Si el resultado de la relacioacuten antes afectada es fraccionaria se multiplica por dos y
se procede a aproximar
Los nuacutemeros obtenidos seraacuten los subiacutendices de cada elemento en la forma buscada
Ejemplo
Al comprobar por anaacutelisis la composicioacuten de una sustancia se encontraron los siguientes
datos 028g de N y 072 de Mg Determine su foacutermula miacutenima
Elemento PesoAtoacutemico
Peso Relacioacuten Subiacutendices
Mg 24 072 24 = 003 003002 = 15 15X2 = 3
N14 32 002002 = 1 1 X 2 = 2
Foacutermula miacutenima Mg3N2
b)
Foacutermula molecular
Puede ser considerada la foacutermula miacutenima de un compuesto o muacuteltiplo de ella
Los pasos a seguir para su determinacioacuten son
Se designa la foacutermula miacutenima o empiacuterica
Se obtiene el peso foacutermula de la foacutermula miacutenima
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Se divide el peso molecular entre el peso foacutermula
El resultado de la relacioacuten seraacute el nuacutemero de foacutermulas miacutenimas que forman una
moleacutecula
Ejemplo El anaacutelisis de una sustancia pura blanca y cristalina es C = 267 H = 223 O = 711
Determinar su foacutermula molecular si su peso molecular es de 90 gmol
ElementoPeso Atoacutemico Aacutetomo-gramo Relacioacuten Subiacutendice
C12 267 26712 =
222222222 =
101
H 1 2232231 =
1004223222 =
1004 1
O 16 71171116 =
444444222 =
2 2
Foacutermula miacutenima CHO2
Peso foacutermula miacutenima (C = 12 X 1= 12) + (H = 1 X 1 = 1) + (O = 16 X 2 = 32) = 45
Peso molecular Peso foacutermula = 9045 = 2
Foacutermula molecular 2(CHO2) = C2H2O4
c)
Composicioacuten porcentual Es el porcentaje de cada elemento que forma un
compuesto
Se obtiene la siguiente manera
(uacute aacute)( oacute)
100
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de hierro (Fe) y de oxiacutegeno (O) se encuentran el oacutexido feacuterrico (Fe2O3)
El peso molecular de Fe2O3 es 1597 uma
2(5585)
1597 100 = 6994
=3(16)
1597 100 = 3005
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Ecuaciones quiacutemicas
a) Ecuacioacuten quiacutemica Es la representacioacuten de una reaccioacuten quiacutemica
A2 + 4B 2AB2
b)
Balanceo de ecuaciones (por tanteo)Para balancear una ecuacioacuten quiacutemica se deben colocar coeficientes en los compuestos de
tal forma que se tenga la misma cantidad de elementos en reactivos y productos
Ejemplo
H2 + O2 H2O
Se obtiene la cantidad de elementos tanto de los reactivos como de los productos
2-H-2
2-O-1
El oxiacutegeno no estaacute balanceado por lo tanto se busca un coeficiente que pueda igualar la
reaccioacuten
H2 + O2 2H2O
Se verifica se la reaccioacuten esta balanceada
2-H-4
2-O-2
Ahora el hidroacutegeno es el que se necesita igualarse nuevamente se coloca un coeficiente
2H2 + 02 2H2O
4-H-4
2-O-2
Ecuacioacuten balanceada
Estructura atoacutemica
a) Aacutetomo Es la partiacutecula fundamental de la materia que ya no puede dividirse en
porciones pequentildeas A su vez estaacute formado por subpartiacuteculas llamadas
Neutroacuten Sin carga (+-) se encuentran en el nuacutecleo del aacutetomo
Protoacuten Con carga positiva (+) que se encuentra en el nuacutecleo del aacutetomo
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Electroacuten Con carga negativa (-) que se encuentra girando alrededor del nuacutecleo en
orbitas eliacutepticas
b)
Nuacutemero atoacutemico (Z) Es el nuacutemero de protones en un aacutetomo Tambieacuten es igual al
nuacutemero de electrones siempre y cuando no sea un ion
c) Ion Aacutetomo con carga catioacuten (+) porque pierde electrones anioacuten (-) gana
electrones
d) Nuacutemero de masa (A) Es el nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
e)
Nuacutemero de neutrones Neutrones = A - Z
f) Isoacutetopos son aacutetomos con el mismo nuacutemero atoacutemico pero diferente masa atoacutemica
es decir igual nuacutemero de protones con diferentes nuacutemero de neutrones
g) Caacutelculo de las partiacuteculas subatoacutemicas
11Na23 Protones 11+ Electrones 11- Neutrones A- Z = 23 - 11 = 12deg
MODELOS ATOacuteMICOS
a) Modelo de Dalton
- La materia estaacute compuesta de partiacuteculas diminutas llamadas aacutetomos
- Los aacutetomos son indivisibles y las reacciones quiacutemicas son un reacomodo de ellos
-
Todos los aacutetomos de un elemento son iguales en peso y propiedades
-
Los compuestos se componen de diferentes aacutetomos-
Los aacutetomos se combinan en forma entera y en proporcioacuten de nuacutemeros enteros
pequentildeos
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b) Modelos de Thomson (Budiacuten de pasas El aacutetomo es una esfera de electricidad positiva
en la que estaacuten incrustados corpuacutesculos de electricidad negativa (electrones)
c) Modelos de Rutherford
Proponiacutea que toda la masa de un aacutetomo y la totalidad de la carga positiva estaban
concentradas en un conjunto pequentildeo y denso localizado en el centro del aacutetomo (nuacutecleo)
Alrededor de este nuacutecleo a cierta distancia de eacutel estaban los electrones (como enjambres
cargados negativamente) que haciacutean que la partiacutecula fuera eleacutectricamente neutra aunqueno explicoacute coacutemo podiacutean estar afuera y no ser atraiacutedos por el nuacutecleo
d)
Modelo de Bohr
-
Describioacute al aacutetomo como un nuacutecleo central muy pequentildeo cargado positivamentecon electrones girando alrededor de eacutel en oacuterbitas circulares definidas Debido a su
posicioacuten y movimiento el electroacuten posee energiacutea Asumioacute en su teoriacutea que el
electroacuten se podiacutea encontrar solo a distancias especiacuteficas del nuacutecleo en oacuterbitas
determinadas es decir que la energiacutea del electroacuten estaba ldquocuantizadardquo y por lotanto soacutelo podiacutea tener ciertos valores
-
El aacutetomo de Hidroacutegeno de acuerdo con el modelo de Bohr tendraacute un electroacuten
localizado en una oacuterbita que despende de la energiacutea el electroacuten Las posiciones
cuantizadas posibles del electroacuten se llaman estados de energiacutea o niveles de energiacutea
del electroacuten
- Cuando los electrones se situacutean en el estado de energiacutea cuantizado maacutes bajo
permisible se llaman aacutetomos en estado basal o fundamental cuando el electroacuten
brinca a un nivel maacutes alto se dice que esta excitado y por lo tanto al aacutetomo se le
llama aacutetomo en estado excitado
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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23
Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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4
Energiacutea cineacutetica es propiamente la energiacutea que posee un cuerpo en movimiento la cualdepende de la velocidad del mismo
Ec =sup2
m = masa (g) v = velocidad (ms)
Energiacutea caloriacutefica o teacutermica se debe a la friccioacuten o rozamiento de las moleacuteculas de uncuerpo debido a su energiacutea cineacutetica
Energiacutea eleacutectrica se debe al movimiento de los electrones a traveacutes de un conductor
Energiacutea hidraacuteulica se debe al movimiento de los fluidos (liacutequidos y gases)
Energiacutea quiacutemica se obtiene cuando se lleva a cabo una reaccioacuten quiacutemica
Energiacutea eoacutelica se debe al movimiento del aire
Energiacutea solar se debe a las radiaciones emitidas por el sol por medio de ondas
electromagneacuteticas
Energiacutea nuclear se debe al rompimiento (fisioacuten) o unioacuten (fusioacuten) de nuacutecleos atoacutemicos condesprendimiento de partiacuteculas alfa beta y gamma
Energiacutea atoacutemica se debe al movimiento de los electrones de un aacutetomo en los diferentesniveles de energiacutea cuando eacuteste es excitado
Energiacutea geoteacutermica generado por el calor interno de la tierra
Sistema Internacional de Unidades o Sistema Meacutetrico decimal
Magnitud Sistemainternacional(SI)
Sistema CGS Sistema ingleacutes Sistema MKS
Longitud Metro centiacutemetro pie metro
Masa kilogramo gramo libra kilogramo
Tiempo Segundo segundo segundo segundo
a)
Sistema CGS Sistema que toma como unidades baacutesicas el centiacutemetro gramo y elsegundo
b)
Sistema MKS Sistema cuyas unidades baacutesicas son el metro kilogramo y segundo
c) Sistema Internacional de unidades (SI) Tambieacuten conocido como sistema meacutetricodecimal Tiene siete unidades baacutesicas (metro kilogramo segundo amperio Kelvinmol y candela)
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5
Metro (m) unidad baacutesica legal de la longitud en el Sistema Internacional definidacomo equivalente a la longitud del trayecto recorrido en el vaciacuteo por la luz laacuteserdurante un tiempo de 1299782258 s
Kilogramo (kg) unidad de medida de masa en el SI equivalente a la masa delprototipo de platino iridiado
Segundo (s) unidad de medida del tiempo originalmente definida como 186400parte del diacutea solar medio La definicioacuten fiacutesico-atoacutemica de 1967 1s= 9 192 631 vecesla duracioacuten del periodo de la radiacioacuten entre dos niveles de estructura superfina delnuacutecleo del aacutetomo de cesio Cs153
d)
Sistema ingleacutes Es el sistema de unidades que se utiliza en los paiacuteses anglosajones
6 Temperatura (definiciones y escalas) Es la medida de la energiacutea caloriacutefica que posee uncuerpo Es una medida del movimiento aleatorio de traslacioacuten de los aacutetomos y moleacuteculasde un cuerpo en forma maacutes especiacutefica es una medida de la energiacutea cineacutetica promedio delos aacutetomos y moleacuteculas de un cuerpo
Escalas de temperatura
En la actualidad se utilizan tres escalas termomeacutetricas Escala centiacutegrada o Celsius EscalaFahrenheit y la Escala absoluta de temperatura Kelvin
Comparacioacuten entre las escalas Kelvin Celsius y Fahrenheit
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6
Conversioacuten de escalas de temperatura
degC a degF degF = degC (95) + 32degF a degC degC = (59 )(degF -32)degC a degK degK = degC +273degK a degC degC = degK -273
Calor Se define como la suma de las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas queconstituyen un cuerpo Es una forma de energiacutea que se debe al movimientomolecular
Densidad Cantidad de masa contenida en una unidad de volumen
=
m = masa (g) V= volumen (cm3 mol o l)
Ejemplo 1
La densidad del agua es 100 gml EL hielo flota en el agua por lo tanto es menos denso Siuna muestra de hielo pesa 33 g y ocupa un volumen de 36 ml iquestCuaacutel es la densidad delhielo
=33
36 = 092
Ejemplo 2
iquestCuaacutel seraacute el volumen ocupado por 45 gramos de un gas cuya densidad es de 37 glDespejando la foacutermula de densidad al volumen
=
Sustitucioacuten
=45
37 = 1216
LOS ELEMENTOS QUIacuteMICOS Y LOS COMPUESTOS
Elementos Son sustancias puras que no pueden ser separadas en sustancias maacutes simples Son las unidades fundamentales que constituyen a la materia es la unioacuten de aacutetomos delmismo tipo dando sustancias con propiedades fiacutesicas y quiacutemicas caracteriacutesticas de eseelemento
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7
Cada elemento tiene un nombre y siacutembolo uacutenico que tiene un origen histoacuterico Los siacutembolosse derivan del nombre de los elementos (algunos provienen del latiacuten o del griego) serepresentan con una o dos letras especiacuteficas que se usan internacionalmente La primeraletra es mayuacutescula y si hay una segunda letra esta siempre es minuacutescula
Ejemplos
Sodio (Natrium) NaAluminio AlCarbono C
Estado de agregacioacuten molecular
Las sustancias estaacuten constituidas por aacutetomos iones o moleacuteculas Estas partiacuteculas se hallansujetas a fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten
Las fuerzas de atraccioacuten entre partiacuteculas de una misma sustancias se conocen como fuerzasde cohesioacuten
Las fuerzas de repulsioacuten son el resultado de la energiacutea cineacutetica que poseen las partiacuteculas yque las mantiene en constante movimiento
El estado de agregacioacuten o estado fiacutesico de un cuerpo depende de estas dos fuerzas
El estado soacutelido se presenta cuando la cohesioacuten es mayor que la repulsioacuten
El estado liacutequido se manifiesta cuando ambas fuerzas son iguales
El estado gaseoso se observa cuando la cohesioacuten es menor a la repulsioacuten
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Cada estado de agregacioacuten se distingue de los otros por ciertas propiedades entre ellas se
encuentran
Caracteriacutesticas Soacutelido Liacutequido Gaseoso
Energiacutea cineacutetica Es menor que lapotencial
EC lt Ep
Son casi iguales lacineacutetica y la potencial
EC = Ep
Es mayor que lapotencial
EC gt Ep
Movimiento molecular Las moleacuteculasposeen movimientovibratorio
Tienen las moleacuteculasun movimientorotatorio es decirresbalan y ruedanunas sobre las otras amanera de canicas
Las moleacuteculas exhibenun movimientorectiliacuteneo y chocancontra las paredes delos recipientes que lascontienen
Unioacuten molecular Se encuentran muycercanas unas de
otras
Los espaciosintermoleculares son
mayores que en lossoacutelidos
Los espaciosintermoleculares son
muy grandes
Forma Propia La del recipiente quelo contiene
No posee
Volumen Constante Constante Ocupa todo el espaciodisponible y seexpande
Fluidez No Si faacutecilmente Si muy faacutecilmente
Difusioacuten No se difunde Se difunde conrelativa facilidad
Se difunde confacilidad
Cambios de los estados de agregacioacuten
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Es importante destacar las siguientes diferencias
Se llama evaporacioacuten al paso de los liacutequidos al estado gaseoso por debajo del punto deebullicioacuten y ebullicioacuten como el cambio de un liacutequido al estado de vapor y que dependeademaacutes de la presioacuten
Asiacute mismo condensacioacuten como el paso del estado de gas a vapor al estado liacutequido ylicuefaccioacuten como el cambio de un gas al estado liacutequido por elevacioacuten de la presioacuten
a)
Estados de agregacioacuten de algunos elementos quiacutemicos
Liacutequidos Bromo y Mercurio
Gases Helio Neoacuten Argoacuten Kriptoacuten Xenoacuten Radoacuten
Gases diatoacutemicos Hidroacutegeno Nitroacutegeno Oxiacutegeno Cloro Fluacuteor
Soacutelidos Todos los elementos restantes
Tabla perioacutedica La tabla perioacutedica de los elementos clasifica organiza y distribuye losdistintos elementos quiacutemicos conforme a sus propiedades y caracteriacutesticas su funcioacuten
principal es establecer un orden especiacutefico agrupando elementosEn la siguiente tabla perioacutedica observara los siacutembolos de los elementos quiacutemicos hasta hoyconocidos asiacute como algunos datos que se pueden obtener a partir de ella
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Compuestos
Son las sustancias cuyas moleacuteculas estaacuten formadas por aacutetomos diferentes es decir de
varias clases que al combinarse quiacutemicamente cada uno pierde sus propiedades especiacuteficas
para formar otras nuevas al unirse se desprende o absorbe energiacutea sus constituyentes solo
pueden separarse por medios quiacutemicos y tienen composicioacuten definida en peso Cabe aclararque en la formacioacuten de compuestos los elementos quiacutemicos
Las propiedades de las sustancias obtenidas por la descomposicioacuten de un compuesto no
tienen la menor semejanza con las propiedades del compuesto
Leyes ponderales
La formacioacuten de los compuestos se sujeta a las siguientes leyes
Leyes de la conservacioacuten de la materia (Lavoisier) La materia no se crea ni sedestruye solo se transforma
Ley de las proporciones definidas (Proust) Los elementos que forman un
compuesto siempre se combinan en las mismas proporciones de peso
Ley de las proporciones muacuteltiples (Dalton) Si dos elementos forman maacutes de un
compuesto uno de ellos permanece constante en su peso mientras el otro variacutea en
proporcioacuten de nuacutemeros enteros pequentildeos
Isoacutetopo Es la forma en que se pueden presentar un elemento con igual nuacutemero atoacutemico
pero diferente masa atoacutemica debido a que difiere el nuacutemero de neutrones
Mol Es la unidad cientiacutefica fundamental que corresponde a la cantidad de sustancia
(partiacuteculas aacutetomos moleacuteculas etc) Es una cantidad de foacutermula quiacutemica determinada que
contiene el mismo nuacutemero de unidades de foacutermula (aacutetomos moleacuteculas iones etc) que los
aacutetomos que hay en 12 gramos de C12
Peso Atoacutemico Se define como el promedio de las masas atoacutemicas de los isoacutetopos de un
elemento y es igual al nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
a)
Peso foacutermula o molecular (PM) Se calcula por medio de la suma de los pesosatoacutemicos de todos los elementos que constituyen a un compuesto
b) Caacutelculo de peso foacutermula o peso molecular de un compuesto
Foacutermula quiacutemica Es la representacioacuten de un compuesto
Subiacutendice Indica el nuacutemero de aacutetomos de un elemento en una foacutermula
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Coeficiente Indica el nuacutemero de moleacuteculas de un compuesto
Caacutelculo de peso foacutermula
Ejemplo
Calcular el peso foacutermula o molecular del H2SO4 (aacutecido sulfuacuterico)
H2SO4 subiacutendice (nuacutemero de aacutetomos)
Elementos
Elemento Nuacutemero de
aacutetomos
Peso Atoacutemico Total
H 2 1 2
S 1 32 32
O 4 16 64
Pesofoacutermula
- - 98 uma
c)
Conversioacuten gramos a mol y mol a gramos
- Obtener el peso molecular del compuesto
- Sustituir utilizando la siguiente foacutermula para calcular el nuacutemero de moles
=
n mol m masa (g) PM (peso molecular) (gml uma)
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Ejemplo 1
iquestCuaacutentas moles hay en 30g de H2SO4
PM H2SO4 = 98gmol
n = 30g (98gmol) = 03 mol de H2SO4
Foacutermulas miacutenima o empiacuterica
Expresa la relacioacuten numeacuterica entera maacutes sencilla entre los elementos que forman el
compuesto
Se determina de la siguiente manera
Se establecen los aacutetomos-gramos de cada elemento dividendo la masa o el
porcentaje del elemento entre su peso atoacutemico
De los cocientes obtenidos se toma el maacutes pequentildeo como comuacuten denominador para
volver a dividir a todos los cocientes obtenidos
Si el resultado de la relacioacuten antes afectada es fraccionaria se multiplica por dos y
se procede a aproximar
Los nuacutemeros obtenidos seraacuten los subiacutendices de cada elemento en la forma buscada
Ejemplo
Al comprobar por anaacutelisis la composicioacuten de una sustancia se encontraron los siguientes
datos 028g de N y 072 de Mg Determine su foacutermula miacutenima
Elemento PesoAtoacutemico
Peso Relacioacuten Subiacutendices
Mg 24 072 24 = 003 003002 = 15 15X2 = 3
N14 32 002002 = 1 1 X 2 = 2
Foacutermula miacutenima Mg3N2
b)
Foacutermula molecular
Puede ser considerada la foacutermula miacutenima de un compuesto o muacuteltiplo de ella
Los pasos a seguir para su determinacioacuten son
Se designa la foacutermula miacutenima o empiacuterica
Se obtiene el peso foacutermula de la foacutermula miacutenima
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Se divide el peso molecular entre el peso foacutermula
El resultado de la relacioacuten seraacute el nuacutemero de foacutermulas miacutenimas que forman una
moleacutecula
Ejemplo El anaacutelisis de una sustancia pura blanca y cristalina es C = 267 H = 223 O = 711
Determinar su foacutermula molecular si su peso molecular es de 90 gmol
ElementoPeso Atoacutemico Aacutetomo-gramo Relacioacuten Subiacutendice
C12 267 26712 =
222222222 =
101
H 1 2232231 =
1004223222 =
1004 1
O 16 71171116 =
444444222 =
2 2
Foacutermula miacutenima CHO2
Peso foacutermula miacutenima (C = 12 X 1= 12) + (H = 1 X 1 = 1) + (O = 16 X 2 = 32) = 45
Peso molecular Peso foacutermula = 9045 = 2
Foacutermula molecular 2(CHO2) = C2H2O4
c)
Composicioacuten porcentual Es el porcentaje de cada elemento que forma un
compuesto
Se obtiene la siguiente manera
(uacute aacute)( oacute)
100
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de hierro (Fe) y de oxiacutegeno (O) se encuentran el oacutexido feacuterrico (Fe2O3)
El peso molecular de Fe2O3 es 1597 uma
2(5585)
1597 100 = 6994
=3(16)
1597 100 = 3005
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Ecuaciones quiacutemicas
a) Ecuacioacuten quiacutemica Es la representacioacuten de una reaccioacuten quiacutemica
A2 + 4B 2AB2
b)
Balanceo de ecuaciones (por tanteo)Para balancear una ecuacioacuten quiacutemica se deben colocar coeficientes en los compuestos de
tal forma que se tenga la misma cantidad de elementos en reactivos y productos
Ejemplo
H2 + O2 H2O
Se obtiene la cantidad de elementos tanto de los reactivos como de los productos
2-H-2
2-O-1
El oxiacutegeno no estaacute balanceado por lo tanto se busca un coeficiente que pueda igualar la
reaccioacuten
H2 + O2 2H2O
Se verifica se la reaccioacuten esta balanceada
2-H-4
2-O-2
Ahora el hidroacutegeno es el que se necesita igualarse nuevamente se coloca un coeficiente
2H2 + 02 2H2O
4-H-4
2-O-2
Ecuacioacuten balanceada
Estructura atoacutemica
a) Aacutetomo Es la partiacutecula fundamental de la materia que ya no puede dividirse en
porciones pequentildeas A su vez estaacute formado por subpartiacuteculas llamadas
Neutroacuten Sin carga (+-) se encuentran en el nuacutecleo del aacutetomo
Protoacuten Con carga positiva (+) que se encuentra en el nuacutecleo del aacutetomo
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Electroacuten Con carga negativa (-) que se encuentra girando alrededor del nuacutecleo en
orbitas eliacutepticas
b)
Nuacutemero atoacutemico (Z) Es el nuacutemero de protones en un aacutetomo Tambieacuten es igual al
nuacutemero de electrones siempre y cuando no sea un ion
c) Ion Aacutetomo con carga catioacuten (+) porque pierde electrones anioacuten (-) gana
electrones
d) Nuacutemero de masa (A) Es el nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
e)
Nuacutemero de neutrones Neutrones = A - Z
f) Isoacutetopos son aacutetomos con el mismo nuacutemero atoacutemico pero diferente masa atoacutemica
es decir igual nuacutemero de protones con diferentes nuacutemero de neutrones
g) Caacutelculo de las partiacuteculas subatoacutemicas
11Na23 Protones 11+ Electrones 11- Neutrones A- Z = 23 - 11 = 12deg
MODELOS ATOacuteMICOS
a) Modelo de Dalton
- La materia estaacute compuesta de partiacuteculas diminutas llamadas aacutetomos
- Los aacutetomos son indivisibles y las reacciones quiacutemicas son un reacomodo de ellos
-
Todos los aacutetomos de un elemento son iguales en peso y propiedades
-
Los compuestos se componen de diferentes aacutetomos-
Los aacutetomos se combinan en forma entera y en proporcioacuten de nuacutemeros enteros
pequentildeos
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b) Modelos de Thomson (Budiacuten de pasas El aacutetomo es una esfera de electricidad positiva
en la que estaacuten incrustados corpuacutesculos de electricidad negativa (electrones)
c) Modelos de Rutherford
Proponiacutea que toda la masa de un aacutetomo y la totalidad de la carga positiva estaban
concentradas en un conjunto pequentildeo y denso localizado en el centro del aacutetomo (nuacutecleo)
Alrededor de este nuacutecleo a cierta distancia de eacutel estaban los electrones (como enjambres
cargados negativamente) que haciacutean que la partiacutecula fuera eleacutectricamente neutra aunqueno explicoacute coacutemo podiacutean estar afuera y no ser atraiacutedos por el nuacutecleo
d)
Modelo de Bohr
-
Describioacute al aacutetomo como un nuacutecleo central muy pequentildeo cargado positivamentecon electrones girando alrededor de eacutel en oacuterbitas circulares definidas Debido a su
posicioacuten y movimiento el electroacuten posee energiacutea Asumioacute en su teoriacutea que el
electroacuten se podiacutea encontrar solo a distancias especiacuteficas del nuacutecleo en oacuterbitas
determinadas es decir que la energiacutea del electroacuten estaba ldquocuantizadardquo y por lotanto soacutelo podiacutea tener ciertos valores
-
El aacutetomo de Hidroacutegeno de acuerdo con el modelo de Bohr tendraacute un electroacuten
localizado en una oacuterbita que despende de la energiacutea el electroacuten Las posiciones
cuantizadas posibles del electroacuten se llaman estados de energiacutea o niveles de energiacutea
del electroacuten
- Cuando los electrones se situacutean en el estado de energiacutea cuantizado maacutes bajo
permisible se llaman aacutetomos en estado basal o fundamental cuando el electroacuten
brinca a un nivel maacutes alto se dice que esta excitado y por lo tanto al aacutetomo se le
llama aacutetomo en estado excitado
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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80
Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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5
Metro (m) unidad baacutesica legal de la longitud en el Sistema Internacional definidacomo equivalente a la longitud del trayecto recorrido en el vaciacuteo por la luz laacuteserdurante un tiempo de 1299782258 s
Kilogramo (kg) unidad de medida de masa en el SI equivalente a la masa delprototipo de platino iridiado
Segundo (s) unidad de medida del tiempo originalmente definida como 186400parte del diacutea solar medio La definicioacuten fiacutesico-atoacutemica de 1967 1s= 9 192 631 vecesla duracioacuten del periodo de la radiacioacuten entre dos niveles de estructura superfina delnuacutecleo del aacutetomo de cesio Cs153
d)
Sistema ingleacutes Es el sistema de unidades que se utiliza en los paiacuteses anglosajones
6 Temperatura (definiciones y escalas) Es la medida de la energiacutea caloriacutefica que posee uncuerpo Es una medida del movimiento aleatorio de traslacioacuten de los aacutetomos y moleacuteculasde un cuerpo en forma maacutes especiacutefica es una medida de la energiacutea cineacutetica promedio delos aacutetomos y moleacuteculas de un cuerpo
Escalas de temperatura
En la actualidad se utilizan tres escalas termomeacutetricas Escala centiacutegrada o Celsius EscalaFahrenheit y la Escala absoluta de temperatura Kelvin
Comparacioacuten entre las escalas Kelvin Celsius y Fahrenheit
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6
Conversioacuten de escalas de temperatura
degC a degF degF = degC (95) + 32degF a degC degC = (59 )(degF -32)degC a degK degK = degC +273degK a degC degC = degK -273
Calor Se define como la suma de las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas queconstituyen un cuerpo Es una forma de energiacutea que se debe al movimientomolecular
Densidad Cantidad de masa contenida en una unidad de volumen
=
m = masa (g) V= volumen (cm3 mol o l)
Ejemplo 1
La densidad del agua es 100 gml EL hielo flota en el agua por lo tanto es menos denso Siuna muestra de hielo pesa 33 g y ocupa un volumen de 36 ml iquestCuaacutel es la densidad delhielo
=33
36 = 092
Ejemplo 2
iquestCuaacutel seraacute el volumen ocupado por 45 gramos de un gas cuya densidad es de 37 glDespejando la foacutermula de densidad al volumen
=
Sustitucioacuten
=45
37 = 1216
LOS ELEMENTOS QUIacuteMICOS Y LOS COMPUESTOS
Elementos Son sustancias puras que no pueden ser separadas en sustancias maacutes simples Son las unidades fundamentales que constituyen a la materia es la unioacuten de aacutetomos delmismo tipo dando sustancias con propiedades fiacutesicas y quiacutemicas caracteriacutesticas de eseelemento
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7
Cada elemento tiene un nombre y siacutembolo uacutenico que tiene un origen histoacuterico Los siacutembolosse derivan del nombre de los elementos (algunos provienen del latiacuten o del griego) serepresentan con una o dos letras especiacuteficas que se usan internacionalmente La primeraletra es mayuacutescula y si hay una segunda letra esta siempre es minuacutescula
Ejemplos
Sodio (Natrium) NaAluminio AlCarbono C
Estado de agregacioacuten molecular
Las sustancias estaacuten constituidas por aacutetomos iones o moleacuteculas Estas partiacuteculas se hallansujetas a fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten
Las fuerzas de atraccioacuten entre partiacuteculas de una misma sustancias se conocen como fuerzasde cohesioacuten
Las fuerzas de repulsioacuten son el resultado de la energiacutea cineacutetica que poseen las partiacuteculas yque las mantiene en constante movimiento
El estado de agregacioacuten o estado fiacutesico de un cuerpo depende de estas dos fuerzas
El estado soacutelido se presenta cuando la cohesioacuten es mayor que la repulsioacuten
El estado liacutequido se manifiesta cuando ambas fuerzas son iguales
El estado gaseoso se observa cuando la cohesioacuten es menor a la repulsioacuten
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Cada estado de agregacioacuten se distingue de los otros por ciertas propiedades entre ellas se
encuentran
Caracteriacutesticas Soacutelido Liacutequido Gaseoso
Energiacutea cineacutetica Es menor que lapotencial
EC lt Ep
Son casi iguales lacineacutetica y la potencial
EC = Ep
Es mayor que lapotencial
EC gt Ep
Movimiento molecular Las moleacuteculasposeen movimientovibratorio
Tienen las moleacuteculasun movimientorotatorio es decirresbalan y ruedanunas sobre las otras amanera de canicas
Las moleacuteculas exhibenun movimientorectiliacuteneo y chocancontra las paredes delos recipientes que lascontienen
Unioacuten molecular Se encuentran muycercanas unas de
otras
Los espaciosintermoleculares son
mayores que en lossoacutelidos
Los espaciosintermoleculares son
muy grandes
Forma Propia La del recipiente quelo contiene
No posee
Volumen Constante Constante Ocupa todo el espaciodisponible y seexpande
Fluidez No Si faacutecilmente Si muy faacutecilmente
Difusioacuten No se difunde Se difunde conrelativa facilidad
Se difunde confacilidad
Cambios de los estados de agregacioacuten
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Es importante destacar las siguientes diferencias
Se llama evaporacioacuten al paso de los liacutequidos al estado gaseoso por debajo del punto deebullicioacuten y ebullicioacuten como el cambio de un liacutequido al estado de vapor y que dependeademaacutes de la presioacuten
Asiacute mismo condensacioacuten como el paso del estado de gas a vapor al estado liacutequido ylicuefaccioacuten como el cambio de un gas al estado liacutequido por elevacioacuten de la presioacuten
a)
Estados de agregacioacuten de algunos elementos quiacutemicos
Liacutequidos Bromo y Mercurio
Gases Helio Neoacuten Argoacuten Kriptoacuten Xenoacuten Radoacuten
Gases diatoacutemicos Hidroacutegeno Nitroacutegeno Oxiacutegeno Cloro Fluacuteor
Soacutelidos Todos los elementos restantes
Tabla perioacutedica La tabla perioacutedica de los elementos clasifica organiza y distribuye losdistintos elementos quiacutemicos conforme a sus propiedades y caracteriacutesticas su funcioacuten
principal es establecer un orden especiacutefico agrupando elementosEn la siguiente tabla perioacutedica observara los siacutembolos de los elementos quiacutemicos hasta hoyconocidos asiacute como algunos datos que se pueden obtener a partir de ella
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Compuestos
Son las sustancias cuyas moleacuteculas estaacuten formadas por aacutetomos diferentes es decir de
varias clases que al combinarse quiacutemicamente cada uno pierde sus propiedades especiacuteficas
para formar otras nuevas al unirse se desprende o absorbe energiacutea sus constituyentes solo
pueden separarse por medios quiacutemicos y tienen composicioacuten definida en peso Cabe aclararque en la formacioacuten de compuestos los elementos quiacutemicos
Las propiedades de las sustancias obtenidas por la descomposicioacuten de un compuesto no
tienen la menor semejanza con las propiedades del compuesto
Leyes ponderales
La formacioacuten de los compuestos se sujeta a las siguientes leyes
Leyes de la conservacioacuten de la materia (Lavoisier) La materia no se crea ni sedestruye solo se transforma
Ley de las proporciones definidas (Proust) Los elementos que forman un
compuesto siempre se combinan en las mismas proporciones de peso
Ley de las proporciones muacuteltiples (Dalton) Si dos elementos forman maacutes de un
compuesto uno de ellos permanece constante en su peso mientras el otro variacutea en
proporcioacuten de nuacutemeros enteros pequentildeos
Isoacutetopo Es la forma en que se pueden presentar un elemento con igual nuacutemero atoacutemico
pero diferente masa atoacutemica debido a que difiere el nuacutemero de neutrones
Mol Es la unidad cientiacutefica fundamental que corresponde a la cantidad de sustancia
(partiacuteculas aacutetomos moleacuteculas etc) Es una cantidad de foacutermula quiacutemica determinada que
contiene el mismo nuacutemero de unidades de foacutermula (aacutetomos moleacuteculas iones etc) que los
aacutetomos que hay en 12 gramos de C12
Peso Atoacutemico Se define como el promedio de las masas atoacutemicas de los isoacutetopos de un
elemento y es igual al nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
a)
Peso foacutermula o molecular (PM) Se calcula por medio de la suma de los pesosatoacutemicos de todos los elementos que constituyen a un compuesto
b) Caacutelculo de peso foacutermula o peso molecular de un compuesto
Foacutermula quiacutemica Es la representacioacuten de un compuesto
Subiacutendice Indica el nuacutemero de aacutetomos de un elemento en una foacutermula
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Coeficiente Indica el nuacutemero de moleacuteculas de un compuesto
Caacutelculo de peso foacutermula
Ejemplo
Calcular el peso foacutermula o molecular del H2SO4 (aacutecido sulfuacuterico)
H2SO4 subiacutendice (nuacutemero de aacutetomos)
Elementos
Elemento Nuacutemero de
aacutetomos
Peso Atoacutemico Total
H 2 1 2
S 1 32 32
O 4 16 64
Pesofoacutermula
- - 98 uma
c)
Conversioacuten gramos a mol y mol a gramos
- Obtener el peso molecular del compuesto
- Sustituir utilizando la siguiente foacutermula para calcular el nuacutemero de moles
=
n mol m masa (g) PM (peso molecular) (gml uma)
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12
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas moles hay en 30g de H2SO4
PM H2SO4 = 98gmol
n = 30g (98gmol) = 03 mol de H2SO4
Foacutermulas miacutenima o empiacuterica
Expresa la relacioacuten numeacuterica entera maacutes sencilla entre los elementos que forman el
compuesto
Se determina de la siguiente manera
Se establecen los aacutetomos-gramos de cada elemento dividendo la masa o el
porcentaje del elemento entre su peso atoacutemico
De los cocientes obtenidos se toma el maacutes pequentildeo como comuacuten denominador para
volver a dividir a todos los cocientes obtenidos
Si el resultado de la relacioacuten antes afectada es fraccionaria se multiplica por dos y
se procede a aproximar
Los nuacutemeros obtenidos seraacuten los subiacutendices de cada elemento en la forma buscada
Ejemplo
Al comprobar por anaacutelisis la composicioacuten de una sustancia se encontraron los siguientes
datos 028g de N y 072 de Mg Determine su foacutermula miacutenima
Elemento PesoAtoacutemico
Peso Relacioacuten Subiacutendices
Mg 24 072 24 = 003 003002 = 15 15X2 = 3
N14 32 002002 = 1 1 X 2 = 2
Foacutermula miacutenima Mg3N2
b)
Foacutermula molecular
Puede ser considerada la foacutermula miacutenima de un compuesto o muacuteltiplo de ella
Los pasos a seguir para su determinacioacuten son
Se designa la foacutermula miacutenima o empiacuterica
Se obtiene el peso foacutermula de la foacutermula miacutenima
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Se divide el peso molecular entre el peso foacutermula
El resultado de la relacioacuten seraacute el nuacutemero de foacutermulas miacutenimas que forman una
moleacutecula
Ejemplo El anaacutelisis de una sustancia pura blanca y cristalina es C = 267 H = 223 O = 711
Determinar su foacutermula molecular si su peso molecular es de 90 gmol
ElementoPeso Atoacutemico Aacutetomo-gramo Relacioacuten Subiacutendice
C12 267 26712 =
222222222 =
101
H 1 2232231 =
1004223222 =
1004 1
O 16 71171116 =
444444222 =
2 2
Foacutermula miacutenima CHO2
Peso foacutermula miacutenima (C = 12 X 1= 12) + (H = 1 X 1 = 1) + (O = 16 X 2 = 32) = 45
Peso molecular Peso foacutermula = 9045 = 2
Foacutermula molecular 2(CHO2) = C2H2O4
c)
Composicioacuten porcentual Es el porcentaje de cada elemento que forma un
compuesto
Se obtiene la siguiente manera
(uacute aacute)( oacute)
100
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de hierro (Fe) y de oxiacutegeno (O) se encuentran el oacutexido feacuterrico (Fe2O3)
El peso molecular de Fe2O3 es 1597 uma
2(5585)
1597 100 = 6994
=3(16)
1597 100 = 3005
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Ecuaciones quiacutemicas
a) Ecuacioacuten quiacutemica Es la representacioacuten de una reaccioacuten quiacutemica
A2 + 4B 2AB2
b)
Balanceo de ecuaciones (por tanteo)Para balancear una ecuacioacuten quiacutemica se deben colocar coeficientes en los compuestos de
tal forma que se tenga la misma cantidad de elementos en reactivos y productos
Ejemplo
H2 + O2 H2O
Se obtiene la cantidad de elementos tanto de los reactivos como de los productos
2-H-2
2-O-1
El oxiacutegeno no estaacute balanceado por lo tanto se busca un coeficiente que pueda igualar la
reaccioacuten
H2 + O2 2H2O
Se verifica se la reaccioacuten esta balanceada
2-H-4
2-O-2
Ahora el hidroacutegeno es el que se necesita igualarse nuevamente se coloca un coeficiente
2H2 + 02 2H2O
4-H-4
2-O-2
Ecuacioacuten balanceada
Estructura atoacutemica
a) Aacutetomo Es la partiacutecula fundamental de la materia que ya no puede dividirse en
porciones pequentildeas A su vez estaacute formado por subpartiacuteculas llamadas
Neutroacuten Sin carga (+-) se encuentran en el nuacutecleo del aacutetomo
Protoacuten Con carga positiva (+) que se encuentra en el nuacutecleo del aacutetomo
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Electroacuten Con carga negativa (-) que se encuentra girando alrededor del nuacutecleo en
orbitas eliacutepticas
b)
Nuacutemero atoacutemico (Z) Es el nuacutemero de protones en un aacutetomo Tambieacuten es igual al
nuacutemero de electrones siempre y cuando no sea un ion
c) Ion Aacutetomo con carga catioacuten (+) porque pierde electrones anioacuten (-) gana
electrones
d) Nuacutemero de masa (A) Es el nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
e)
Nuacutemero de neutrones Neutrones = A - Z
f) Isoacutetopos son aacutetomos con el mismo nuacutemero atoacutemico pero diferente masa atoacutemica
es decir igual nuacutemero de protones con diferentes nuacutemero de neutrones
g) Caacutelculo de las partiacuteculas subatoacutemicas
11Na23 Protones 11+ Electrones 11- Neutrones A- Z = 23 - 11 = 12deg
MODELOS ATOacuteMICOS
a) Modelo de Dalton
- La materia estaacute compuesta de partiacuteculas diminutas llamadas aacutetomos
- Los aacutetomos son indivisibles y las reacciones quiacutemicas son un reacomodo de ellos
-
Todos los aacutetomos de un elemento son iguales en peso y propiedades
-
Los compuestos se componen de diferentes aacutetomos-
Los aacutetomos se combinan en forma entera y en proporcioacuten de nuacutemeros enteros
pequentildeos
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b) Modelos de Thomson (Budiacuten de pasas El aacutetomo es una esfera de electricidad positiva
en la que estaacuten incrustados corpuacutesculos de electricidad negativa (electrones)
c) Modelos de Rutherford
Proponiacutea que toda la masa de un aacutetomo y la totalidad de la carga positiva estaban
concentradas en un conjunto pequentildeo y denso localizado en el centro del aacutetomo (nuacutecleo)
Alrededor de este nuacutecleo a cierta distancia de eacutel estaban los electrones (como enjambres
cargados negativamente) que haciacutean que la partiacutecula fuera eleacutectricamente neutra aunqueno explicoacute coacutemo podiacutean estar afuera y no ser atraiacutedos por el nuacutecleo
d)
Modelo de Bohr
-
Describioacute al aacutetomo como un nuacutecleo central muy pequentildeo cargado positivamentecon electrones girando alrededor de eacutel en oacuterbitas circulares definidas Debido a su
posicioacuten y movimiento el electroacuten posee energiacutea Asumioacute en su teoriacutea que el
electroacuten se podiacutea encontrar solo a distancias especiacuteficas del nuacutecleo en oacuterbitas
determinadas es decir que la energiacutea del electroacuten estaba ldquocuantizadardquo y por lotanto soacutelo podiacutea tener ciertos valores
-
El aacutetomo de Hidroacutegeno de acuerdo con el modelo de Bohr tendraacute un electroacuten
localizado en una oacuterbita que despende de la energiacutea el electroacuten Las posiciones
cuantizadas posibles del electroacuten se llaman estados de energiacutea o niveles de energiacutea
del electroacuten
- Cuando los electrones se situacutean en el estado de energiacutea cuantizado maacutes bajo
permisible se llaman aacutetomos en estado basal o fundamental cuando el electroacuten
brinca a un nivel maacutes alto se dice que esta excitado y por lo tanto al aacutetomo se le
llama aacutetomo en estado excitado
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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31
EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Conversioacuten de escalas de temperatura
degC a degF degF = degC (95) + 32degF a degC degC = (59 )(degF -32)degC a degK degK = degC +273degK a degC degC = degK -273
Calor Se define como la suma de las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas queconstituyen un cuerpo Es una forma de energiacutea que se debe al movimientomolecular
Densidad Cantidad de masa contenida en una unidad de volumen
=
m = masa (g) V= volumen (cm3 mol o l)
Ejemplo 1
La densidad del agua es 100 gml EL hielo flota en el agua por lo tanto es menos denso Siuna muestra de hielo pesa 33 g y ocupa un volumen de 36 ml iquestCuaacutel es la densidad delhielo
=33
36 = 092
Ejemplo 2
iquestCuaacutel seraacute el volumen ocupado por 45 gramos de un gas cuya densidad es de 37 glDespejando la foacutermula de densidad al volumen
=
Sustitucioacuten
=45
37 = 1216
LOS ELEMENTOS QUIacuteMICOS Y LOS COMPUESTOS
Elementos Son sustancias puras que no pueden ser separadas en sustancias maacutes simples Son las unidades fundamentales que constituyen a la materia es la unioacuten de aacutetomos delmismo tipo dando sustancias con propiedades fiacutesicas y quiacutemicas caracteriacutesticas de eseelemento
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Cada elemento tiene un nombre y siacutembolo uacutenico que tiene un origen histoacuterico Los siacutembolosse derivan del nombre de los elementos (algunos provienen del latiacuten o del griego) serepresentan con una o dos letras especiacuteficas que se usan internacionalmente La primeraletra es mayuacutescula y si hay una segunda letra esta siempre es minuacutescula
Ejemplos
Sodio (Natrium) NaAluminio AlCarbono C
Estado de agregacioacuten molecular
Las sustancias estaacuten constituidas por aacutetomos iones o moleacuteculas Estas partiacuteculas se hallansujetas a fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten
Las fuerzas de atraccioacuten entre partiacuteculas de una misma sustancias se conocen como fuerzasde cohesioacuten
Las fuerzas de repulsioacuten son el resultado de la energiacutea cineacutetica que poseen las partiacuteculas yque las mantiene en constante movimiento
El estado de agregacioacuten o estado fiacutesico de un cuerpo depende de estas dos fuerzas
El estado soacutelido se presenta cuando la cohesioacuten es mayor que la repulsioacuten
El estado liacutequido se manifiesta cuando ambas fuerzas son iguales
El estado gaseoso se observa cuando la cohesioacuten es menor a la repulsioacuten
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Cada estado de agregacioacuten se distingue de los otros por ciertas propiedades entre ellas se
encuentran
Caracteriacutesticas Soacutelido Liacutequido Gaseoso
Energiacutea cineacutetica Es menor que lapotencial
EC lt Ep
Son casi iguales lacineacutetica y la potencial
EC = Ep
Es mayor que lapotencial
EC gt Ep
Movimiento molecular Las moleacuteculasposeen movimientovibratorio
Tienen las moleacuteculasun movimientorotatorio es decirresbalan y ruedanunas sobre las otras amanera de canicas
Las moleacuteculas exhibenun movimientorectiliacuteneo y chocancontra las paredes delos recipientes que lascontienen
Unioacuten molecular Se encuentran muycercanas unas de
otras
Los espaciosintermoleculares son
mayores que en lossoacutelidos
Los espaciosintermoleculares son
muy grandes
Forma Propia La del recipiente quelo contiene
No posee
Volumen Constante Constante Ocupa todo el espaciodisponible y seexpande
Fluidez No Si faacutecilmente Si muy faacutecilmente
Difusioacuten No se difunde Se difunde conrelativa facilidad
Se difunde confacilidad
Cambios de los estados de agregacioacuten
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Es importante destacar las siguientes diferencias
Se llama evaporacioacuten al paso de los liacutequidos al estado gaseoso por debajo del punto deebullicioacuten y ebullicioacuten como el cambio de un liacutequido al estado de vapor y que dependeademaacutes de la presioacuten
Asiacute mismo condensacioacuten como el paso del estado de gas a vapor al estado liacutequido ylicuefaccioacuten como el cambio de un gas al estado liacutequido por elevacioacuten de la presioacuten
a)
Estados de agregacioacuten de algunos elementos quiacutemicos
Liacutequidos Bromo y Mercurio
Gases Helio Neoacuten Argoacuten Kriptoacuten Xenoacuten Radoacuten
Gases diatoacutemicos Hidroacutegeno Nitroacutegeno Oxiacutegeno Cloro Fluacuteor
Soacutelidos Todos los elementos restantes
Tabla perioacutedica La tabla perioacutedica de los elementos clasifica organiza y distribuye losdistintos elementos quiacutemicos conforme a sus propiedades y caracteriacutesticas su funcioacuten
principal es establecer un orden especiacutefico agrupando elementosEn la siguiente tabla perioacutedica observara los siacutembolos de los elementos quiacutemicos hasta hoyconocidos asiacute como algunos datos que se pueden obtener a partir de ella
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Compuestos
Son las sustancias cuyas moleacuteculas estaacuten formadas por aacutetomos diferentes es decir de
varias clases que al combinarse quiacutemicamente cada uno pierde sus propiedades especiacuteficas
para formar otras nuevas al unirse se desprende o absorbe energiacutea sus constituyentes solo
pueden separarse por medios quiacutemicos y tienen composicioacuten definida en peso Cabe aclararque en la formacioacuten de compuestos los elementos quiacutemicos
Las propiedades de las sustancias obtenidas por la descomposicioacuten de un compuesto no
tienen la menor semejanza con las propiedades del compuesto
Leyes ponderales
La formacioacuten de los compuestos se sujeta a las siguientes leyes
Leyes de la conservacioacuten de la materia (Lavoisier) La materia no se crea ni sedestruye solo se transforma
Ley de las proporciones definidas (Proust) Los elementos que forman un
compuesto siempre se combinan en las mismas proporciones de peso
Ley de las proporciones muacuteltiples (Dalton) Si dos elementos forman maacutes de un
compuesto uno de ellos permanece constante en su peso mientras el otro variacutea en
proporcioacuten de nuacutemeros enteros pequentildeos
Isoacutetopo Es la forma en que se pueden presentar un elemento con igual nuacutemero atoacutemico
pero diferente masa atoacutemica debido a que difiere el nuacutemero de neutrones
Mol Es la unidad cientiacutefica fundamental que corresponde a la cantidad de sustancia
(partiacuteculas aacutetomos moleacuteculas etc) Es una cantidad de foacutermula quiacutemica determinada que
contiene el mismo nuacutemero de unidades de foacutermula (aacutetomos moleacuteculas iones etc) que los
aacutetomos que hay en 12 gramos de C12
Peso Atoacutemico Se define como el promedio de las masas atoacutemicas de los isoacutetopos de un
elemento y es igual al nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
a)
Peso foacutermula o molecular (PM) Se calcula por medio de la suma de los pesosatoacutemicos de todos los elementos que constituyen a un compuesto
b) Caacutelculo de peso foacutermula o peso molecular de un compuesto
Foacutermula quiacutemica Es la representacioacuten de un compuesto
Subiacutendice Indica el nuacutemero de aacutetomos de un elemento en una foacutermula
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Coeficiente Indica el nuacutemero de moleacuteculas de un compuesto
Caacutelculo de peso foacutermula
Ejemplo
Calcular el peso foacutermula o molecular del H2SO4 (aacutecido sulfuacuterico)
H2SO4 subiacutendice (nuacutemero de aacutetomos)
Elementos
Elemento Nuacutemero de
aacutetomos
Peso Atoacutemico Total
H 2 1 2
S 1 32 32
O 4 16 64
Pesofoacutermula
- - 98 uma
c)
Conversioacuten gramos a mol y mol a gramos
- Obtener el peso molecular del compuesto
- Sustituir utilizando la siguiente foacutermula para calcular el nuacutemero de moles
=
n mol m masa (g) PM (peso molecular) (gml uma)
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Ejemplo 1
iquestCuaacutentas moles hay en 30g de H2SO4
PM H2SO4 = 98gmol
n = 30g (98gmol) = 03 mol de H2SO4
Foacutermulas miacutenima o empiacuterica
Expresa la relacioacuten numeacuterica entera maacutes sencilla entre los elementos que forman el
compuesto
Se determina de la siguiente manera
Se establecen los aacutetomos-gramos de cada elemento dividendo la masa o el
porcentaje del elemento entre su peso atoacutemico
De los cocientes obtenidos se toma el maacutes pequentildeo como comuacuten denominador para
volver a dividir a todos los cocientes obtenidos
Si el resultado de la relacioacuten antes afectada es fraccionaria se multiplica por dos y
se procede a aproximar
Los nuacutemeros obtenidos seraacuten los subiacutendices de cada elemento en la forma buscada
Ejemplo
Al comprobar por anaacutelisis la composicioacuten de una sustancia se encontraron los siguientes
datos 028g de N y 072 de Mg Determine su foacutermula miacutenima
Elemento PesoAtoacutemico
Peso Relacioacuten Subiacutendices
Mg 24 072 24 = 003 003002 = 15 15X2 = 3
N14 32 002002 = 1 1 X 2 = 2
Foacutermula miacutenima Mg3N2
b)
Foacutermula molecular
Puede ser considerada la foacutermula miacutenima de un compuesto o muacuteltiplo de ella
Los pasos a seguir para su determinacioacuten son
Se designa la foacutermula miacutenima o empiacuterica
Se obtiene el peso foacutermula de la foacutermula miacutenima
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Se divide el peso molecular entre el peso foacutermula
El resultado de la relacioacuten seraacute el nuacutemero de foacutermulas miacutenimas que forman una
moleacutecula
Ejemplo El anaacutelisis de una sustancia pura blanca y cristalina es C = 267 H = 223 O = 711
Determinar su foacutermula molecular si su peso molecular es de 90 gmol
ElementoPeso Atoacutemico Aacutetomo-gramo Relacioacuten Subiacutendice
C12 267 26712 =
222222222 =
101
H 1 2232231 =
1004223222 =
1004 1
O 16 71171116 =
444444222 =
2 2
Foacutermula miacutenima CHO2
Peso foacutermula miacutenima (C = 12 X 1= 12) + (H = 1 X 1 = 1) + (O = 16 X 2 = 32) = 45
Peso molecular Peso foacutermula = 9045 = 2
Foacutermula molecular 2(CHO2) = C2H2O4
c)
Composicioacuten porcentual Es el porcentaje de cada elemento que forma un
compuesto
Se obtiene la siguiente manera
(uacute aacute)( oacute)
100
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de hierro (Fe) y de oxiacutegeno (O) se encuentran el oacutexido feacuterrico (Fe2O3)
El peso molecular de Fe2O3 es 1597 uma
2(5585)
1597 100 = 6994
=3(16)
1597 100 = 3005
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Ecuaciones quiacutemicas
a) Ecuacioacuten quiacutemica Es la representacioacuten de una reaccioacuten quiacutemica
A2 + 4B 2AB2
b)
Balanceo de ecuaciones (por tanteo)Para balancear una ecuacioacuten quiacutemica se deben colocar coeficientes en los compuestos de
tal forma que se tenga la misma cantidad de elementos en reactivos y productos
Ejemplo
H2 + O2 H2O
Se obtiene la cantidad de elementos tanto de los reactivos como de los productos
2-H-2
2-O-1
El oxiacutegeno no estaacute balanceado por lo tanto se busca un coeficiente que pueda igualar la
reaccioacuten
H2 + O2 2H2O
Se verifica se la reaccioacuten esta balanceada
2-H-4
2-O-2
Ahora el hidroacutegeno es el que se necesita igualarse nuevamente se coloca un coeficiente
2H2 + 02 2H2O
4-H-4
2-O-2
Ecuacioacuten balanceada
Estructura atoacutemica
a) Aacutetomo Es la partiacutecula fundamental de la materia que ya no puede dividirse en
porciones pequentildeas A su vez estaacute formado por subpartiacuteculas llamadas
Neutroacuten Sin carga (+-) se encuentran en el nuacutecleo del aacutetomo
Protoacuten Con carga positiva (+) que se encuentra en el nuacutecleo del aacutetomo
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Electroacuten Con carga negativa (-) que se encuentra girando alrededor del nuacutecleo en
orbitas eliacutepticas
b)
Nuacutemero atoacutemico (Z) Es el nuacutemero de protones en un aacutetomo Tambieacuten es igual al
nuacutemero de electrones siempre y cuando no sea un ion
c) Ion Aacutetomo con carga catioacuten (+) porque pierde electrones anioacuten (-) gana
electrones
d) Nuacutemero de masa (A) Es el nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
e)
Nuacutemero de neutrones Neutrones = A - Z
f) Isoacutetopos son aacutetomos con el mismo nuacutemero atoacutemico pero diferente masa atoacutemica
es decir igual nuacutemero de protones con diferentes nuacutemero de neutrones
g) Caacutelculo de las partiacuteculas subatoacutemicas
11Na23 Protones 11+ Electrones 11- Neutrones A- Z = 23 - 11 = 12deg
MODELOS ATOacuteMICOS
a) Modelo de Dalton
- La materia estaacute compuesta de partiacuteculas diminutas llamadas aacutetomos
- Los aacutetomos son indivisibles y las reacciones quiacutemicas son un reacomodo de ellos
-
Todos los aacutetomos de un elemento son iguales en peso y propiedades
-
Los compuestos se componen de diferentes aacutetomos-
Los aacutetomos se combinan en forma entera y en proporcioacuten de nuacutemeros enteros
pequentildeos
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b) Modelos de Thomson (Budiacuten de pasas El aacutetomo es una esfera de electricidad positiva
en la que estaacuten incrustados corpuacutesculos de electricidad negativa (electrones)
c) Modelos de Rutherford
Proponiacutea que toda la masa de un aacutetomo y la totalidad de la carga positiva estaban
concentradas en un conjunto pequentildeo y denso localizado en el centro del aacutetomo (nuacutecleo)
Alrededor de este nuacutecleo a cierta distancia de eacutel estaban los electrones (como enjambres
cargados negativamente) que haciacutean que la partiacutecula fuera eleacutectricamente neutra aunqueno explicoacute coacutemo podiacutean estar afuera y no ser atraiacutedos por el nuacutecleo
d)
Modelo de Bohr
-
Describioacute al aacutetomo como un nuacutecleo central muy pequentildeo cargado positivamentecon electrones girando alrededor de eacutel en oacuterbitas circulares definidas Debido a su
posicioacuten y movimiento el electroacuten posee energiacutea Asumioacute en su teoriacutea que el
electroacuten se podiacutea encontrar solo a distancias especiacuteficas del nuacutecleo en oacuterbitas
determinadas es decir que la energiacutea del electroacuten estaba ldquocuantizadardquo y por lotanto soacutelo podiacutea tener ciertos valores
-
El aacutetomo de Hidroacutegeno de acuerdo con el modelo de Bohr tendraacute un electroacuten
localizado en una oacuterbita que despende de la energiacutea el electroacuten Las posiciones
cuantizadas posibles del electroacuten se llaman estados de energiacutea o niveles de energiacutea
del electroacuten
- Cuando los electrones se situacutean en el estado de energiacutea cuantizado maacutes bajo
permisible se llaman aacutetomos en estado basal o fundamental cuando el electroacuten
brinca a un nivel maacutes alto se dice que esta excitado y por lo tanto al aacutetomo se le
llama aacutetomo en estado excitado
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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53
Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Cada elemento tiene un nombre y siacutembolo uacutenico que tiene un origen histoacuterico Los siacutembolosse derivan del nombre de los elementos (algunos provienen del latiacuten o del griego) serepresentan con una o dos letras especiacuteficas que se usan internacionalmente La primeraletra es mayuacutescula y si hay una segunda letra esta siempre es minuacutescula
Ejemplos
Sodio (Natrium) NaAluminio AlCarbono C
Estado de agregacioacuten molecular
Las sustancias estaacuten constituidas por aacutetomos iones o moleacuteculas Estas partiacuteculas se hallansujetas a fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten
Las fuerzas de atraccioacuten entre partiacuteculas de una misma sustancias se conocen como fuerzasde cohesioacuten
Las fuerzas de repulsioacuten son el resultado de la energiacutea cineacutetica que poseen las partiacuteculas yque las mantiene en constante movimiento
El estado de agregacioacuten o estado fiacutesico de un cuerpo depende de estas dos fuerzas
El estado soacutelido se presenta cuando la cohesioacuten es mayor que la repulsioacuten
El estado liacutequido se manifiesta cuando ambas fuerzas son iguales
El estado gaseoso se observa cuando la cohesioacuten es menor a la repulsioacuten
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Cada estado de agregacioacuten se distingue de los otros por ciertas propiedades entre ellas se
encuentran
Caracteriacutesticas Soacutelido Liacutequido Gaseoso
Energiacutea cineacutetica Es menor que lapotencial
EC lt Ep
Son casi iguales lacineacutetica y la potencial
EC = Ep
Es mayor que lapotencial
EC gt Ep
Movimiento molecular Las moleacuteculasposeen movimientovibratorio
Tienen las moleacuteculasun movimientorotatorio es decirresbalan y ruedanunas sobre las otras amanera de canicas
Las moleacuteculas exhibenun movimientorectiliacuteneo y chocancontra las paredes delos recipientes que lascontienen
Unioacuten molecular Se encuentran muycercanas unas de
otras
Los espaciosintermoleculares son
mayores que en lossoacutelidos
Los espaciosintermoleculares son
muy grandes
Forma Propia La del recipiente quelo contiene
No posee
Volumen Constante Constante Ocupa todo el espaciodisponible y seexpande
Fluidez No Si faacutecilmente Si muy faacutecilmente
Difusioacuten No se difunde Se difunde conrelativa facilidad
Se difunde confacilidad
Cambios de los estados de agregacioacuten
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Es importante destacar las siguientes diferencias
Se llama evaporacioacuten al paso de los liacutequidos al estado gaseoso por debajo del punto deebullicioacuten y ebullicioacuten como el cambio de un liacutequido al estado de vapor y que dependeademaacutes de la presioacuten
Asiacute mismo condensacioacuten como el paso del estado de gas a vapor al estado liacutequido ylicuefaccioacuten como el cambio de un gas al estado liacutequido por elevacioacuten de la presioacuten
a)
Estados de agregacioacuten de algunos elementos quiacutemicos
Liacutequidos Bromo y Mercurio
Gases Helio Neoacuten Argoacuten Kriptoacuten Xenoacuten Radoacuten
Gases diatoacutemicos Hidroacutegeno Nitroacutegeno Oxiacutegeno Cloro Fluacuteor
Soacutelidos Todos los elementos restantes
Tabla perioacutedica La tabla perioacutedica de los elementos clasifica organiza y distribuye losdistintos elementos quiacutemicos conforme a sus propiedades y caracteriacutesticas su funcioacuten
principal es establecer un orden especiacutefico agrupando elementosEn la siguiente tabla perioacutedica observara los siacutembolos de los elementos quiacutemicos hasta hoyconocidos asiacute como algunos datos que se pueden obtener a partir de ella
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Compuestos
Son las sustancias cuyas moleacuteculas estaacuten formadas por aacutetomos diferentes es decir de
varias clases que al combinarse quiacutemicamente cada uno pierde sus propiedades especiacuteficas
para formar otras nuevas al unirse se desprende o absorbe energiacutea sus constituyentes solo
pueden separarse por medios quiacutemicos y tienen composicioacuten definida en peso Cabe aclararque en la formacioacuten de compuestos los elementos quiacutemicos
Las propiedades de las sustancias obtenidas por la descomposicioacuten de un compuesto no
tienen la menor semejanza con las propiedades del compuesto
Leyes ponderales
La formacioacuten de los compuestos se sujeta a las siguientes leyes
Leyes de la conservacioacuten de la materia (Lavoisier) La materia no se crea ni sedestruye solo se transforma
Ley de las proporciones definidas (Proust) Los elementos que forman un
compuesto siempre se combinan en las mismas proporciones de peso
Ley de las proporciones muacuteltiples (Dalton) Si dos elementos forman maacutes de un
compuesto uno de ellos permanece constante en su peso mientras el otro variacutea en
proporcioacuten de nuacutemeros enteros pequentildeos
Isoacutetopo Es la forma en que se pueden presentar un elemento con igual nuacutemero atoacutemico
pero diferente masa atoacutemica debido a que difiere el nuacutemero de neutrones
Mol Es la unidad cientiacutefica fundamental que corresponde a la cantidad de sustancia
(partiacuteculas aacutetomos moleacuteculas etc) Es una cantidad de foacutermula quiacutemica determinada que
contiene el mismo nuacutemero de unidades de foacutermula (aacutetomos moleacuteculas iones etc) que los
aacutetomos que hay en 12 gramos de C12
Peso Atoacutemico Se define como el promedio de las masas atoacutemicas de los isoacutetopos de un
elemento y es igual al nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
a)
Peso foacutermula o molecular (PM) Se calcula por medio de la suma de los pesosatoacutemicos de todos los elementos que constituyen a un compuesto
b) Caacutelculo de peso foacutermula o peso molecular de un compuesto
Foacutermula quiacutemica Es la representacioacuten de un compuesto
Subiacutendice Indica el nuacutemero de aacutetomos de un elemento en una foacutermula
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Coeficiente Indica el nuacutemero de moleacuteculas de un compuesto
Caacutelculo de peso foacutermula
Ejemplo
Calcular el peso foacutermula o molecular del H2SO4 (aacutecido sulfuacuterico)
H2SO4 subiacutendice (nuacutemero de aacutetomos)
Elementos
Elemento Nuacutemero de
aacutetomos
Peso Atoacutemico Total
H 2 1 2
S 1 32 32
O 4 16 64
Pesofoacutermula
- - 98 uma
c)
Conversioacuten gramos a mol y mol a gramos
- Obtener el peso molecular del compuesto
- Sustituir utilizando la siguiente foacutermula para calcular el nuacutemero de moles
=
n mol m masa (g) PM (peso molecular) (gml uma)
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Ejemplo 1
iquestCuaacutentas moles hay en 30g de H2SO4
PM H2SO4 = 98gmol
n = 30g (98gmol) = 03 mol de H2SO4
Foacutermulas miacutenima o empiacuterica
Expresa la relacioacuten numeacuterica entera maacutes sencilla entre los elementos que forman el
compuesto
Se determina de la siguiente manera
Se establecen los aacutetomos-gramos de cada elemento dividendo la masa o el
porcentaje del elemento entre su peso atoacutemico
De los cocientes obtenidos se toma el maacutes pequentildeo como comuacuten denominador para
volver a dividir a todos los cocientes obtenidos
Si el resultado de la relacioacuten antes afectada es fraccionaria se multiplica por dos y
se procede a aproximar
Los nuacutemeros obtenidos seraacuten los subiacutendices de cada elemento en la forma buscada
Ejemplo
Al comprobar por anaacutelisis la composicioacuten de una sustancia se encontraron los siguientes
datos 028g de N y 072 de Mg Determine su foacutermula miacutenima
Elemento PesoAtoacutemico
Peso Relacioacuten Subiacutendices
Mg 24 072 24 = 003 003002 = 15 15X2 = 3
N14 32 002002 = 1 1 X 2 = 2
Foacutermula miacutenima Mg3N2
b)
Foacutermula molecular
Puede ser considerada la foacutermula miacutenima de un compuesto o muacuteltiplo de ella
Los pasos a seguir para su determinacioacuten son
Se designa la foacutermula miacutenima o empiacuterica
Se obtiene el peso foacutermula de la foacutermula miacutenima
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Se divide el peso molecular entre el peso foacutermula
El resultado de la relacioacuten seraacute el nuacutemero de foacutermulas miacutenimas que forman una
moleacutecula
Ejemplo El anaacutelisis de una sustancia pura blanca y cristalina es C = 267 H = 223 O = 711
Determinar su foacutermula molecular si su peso molecular es de 90 gmol
ElementoPeso Atoacutemico Aacutetomo-gramo Relacioacuten Subiacutendice
C12 267 26712 =
222222222 =
101
H 1 2232231 =
1004223222 =
1004 1
O 16 71171116 =
444444222 =
2 2
Foacutermula miacutenima CHO2
Peso foacutermula miacutenima (C = 12 X 1= 12) + (H = 1 X 1 = 1) + (O = 16 X 2 = 32) = 45
Peso molecular Peso foacutermula = 9045 = 2
Foacutermula molecular 2(CHO2) = C2H2O4
c)
Composicioacuten porcentual Es el porcentaje de cada elemento que forma un
compuesto
Se obtiene la siguiente manera
(uacute aacute)( oacute)
100
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de hierro (Fe) y de oxiacutegeno (O) se encuentran el oacutexido feacuterrico (Fe2O3)
El peso molecular de Fe2O3 es 1597 uma
2(5585)
1597 100 = 6994
=3(16)
1597 100 = 3005
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Ecuaciones quiacutemicas
a) Ecuacioacuten quiacutemica Es la representacioacuten de una reaccioacuten quiacutemica
A2 + 4B 2AB2
b)
Balanceo de ecuaciones (por tanteo)Para balancear una ecuacioacuten quiacutemica se deben colocar coeficientes en los compuestos de
tal forma que se tenga la misma cantidad de elementos en reactivos y productos
Ejemplo
H2 + O2 H2O
Se obtiene la cantidad de elementos tanto de los reactivos como de los productos
2-H-2
2-O-1
El oxiacutegeno no estaacute balanceado por lo tanto se busca un coeficiente que pueda igualar la
reaccioacuten
H2 + O2 2H2O
Se verifica se la reaccioacuten esta balanceada
2-H-4
2-O-2
Ahora el hidroacutegeno es el que se necesita igualarse nuevamente se coloca un coeficiente
2H2 + 02 2H2O
4-H-4
2-O-2
Ecuacioacuten balanceada
Estructura atoacutemica
a) Aacutetomo Es la partiacutecula fundamental de la materia que ya no puede dividirse en
porciones pequentildeas A su vez estaacute formado por subpartiacuteculas llamadas
Neutroacuten Sin carga (+-) se encuentran en el nuacutecleo del aacutetomo
Protoacuten Con carga positiva (+) que se encuentra en el nuacutecleo del aacutetomo
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Electroacuten Con carga negativa (-) que se encuentra girando alrededor del nuacutecleo en
orbitas eliacutepticas
b)
Nuacutemero atoacutemico (Z) Es el nuacutemero de protones en un aacutetomo Tambieacuten es igual al
nuacutemero de electrones siempre y cuando no sea un ion
c) Ion Aacutetomo con carga catioacuten (+) porque pierde electrones anioacuten (-) gana
electrones
d) Nuacutemero de masa (A) Es el nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
e)
Nuacutemero de neutrones Neutrones = A - Z
f) Isoacutetopos son aacutetomos con el mismo nuacutemero atoacutemico pero diferente masa atoacutemica
es decir igual nuacutemero de protones con diferentes nuacutemero de neutrones
g) Caacutelculo de las partiacuteculas subatoacutemicas
11Na23 Protones 11+ Electrones 11- Neutrones A- Z = 23 - 11 = 12deg
MODELOS ATOacuteMICOS
a) Modelo de Dalton
- La materia estaacute compuesta de partiacuteculas diminutas llamadas aacutetomos
- Los aacutetomos son indivisibles y las reacciones quiacutemicas son un reacomodo de ellos
-
Todos los aacutetomos de un elemento son iguales en peso y propiedades
-
Los compuestos se componen de diferentes aacutetomos-
Los aacutetomos se combinan en forma entera y en proporcioacuten de nuacutemeros enteros
pequentildeos
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b) Modelos de Thomson (Budiacuten de pasas El aacutetomo es una esfera de electricidad positiva
en la que estaacuten incrustados corpuacutesculos de electricidad negativa (electrones)
c) Modelos de Rutherford
Proponiacutea que toda la masa de un aacutetomo y la totalidad de la carga positiva estaban
concentradas en un conjunto pequentildeo y denso localizado en el centro del aacutetomo (nuacutecleo)
Alrededor de este nuacutecleo a cierta distancia de eacutel estaban los electrones (como enjambres
cargados negativamente) que haciacutean que la partiacutecula fuera eleacutectricamente neutra aunqueno explicoacute coacutemo podiacutean estar afuera y no ser atraiacutedos por el nuacutecleo
d)
Modelo de Bohr
-
Describioacute al aacutetomo como un nuacutecleo central muy pequentildeo cargado positivamentecon electrones girando alrededor de eacutel en oacuterbitas circulares definidas Debido a su
posicioacuten y movimiento el electroacuten posee energiacutea Asumioacute en su teoriacutea que el
electroacuten se podiacutea encontrar solo a distancias especiacuteficas del nuacutecleo en oacuterbitas
determinadas es decir que la energiacutea del electroacuten estaba ldquocuantizadardquo y por lotanto soacutelo podiacutea tener ciertos valores
-
El aacutetomo de Hidroacutegeno de acuerdo con el modelo de Bohr tendraacute un electroacuten
localizado en una oacuterbita que despende de la energiacutea el electroacuten Las posiciones
cuantizadas posibles del electroacuten se llaman estados de energiacutea o niveles de energiacutea
del electroacuten
- Cuando los electrones se situacutean en el estado de energiacutea cuantizado maacutes bajo
permisible se llaman aacutetomos en estado basal o fundamental cuando el electroacuten
brinca a un nivel maacutes alto se dice que esta excitado y por lo tanto al aacutetomo se le
llama aacutetomo en estado excitado
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Cada estado de agregacioacuten se distingue de los otros por ciertas propiedades entre ellas se
encuentran
Caracteriacutesticas Soacutelido Liacutequido Gaseoso
Energiacutea cineacutetica Es menor que lapotencial
EC lt Ep
Son casi iguales lacineacutetica y la potencial
EC = Ep
Es mayor que lapotencial
EC gt Ep
Movimiento molecular Las moleacuteculasposeen movimientovibratorio
Tienen las moleacuteculasun movimientorotatorio es decirresbalan y ruedanunas sobre las otras amanera de canicas
Las moleacuteculas exhibenun movimientorectiliacuteneo y chocancontra las paredes delos recipientes que lascontienen
Unioacuten molecular Se encuentran muycercanas unas de
otras
Los espaciosintermoleculares son
mayores que en lossoacutelidos
Los espaciosintermoleculares son
muy grandes
Forma Propia La del recipiente quelo contiene
No posee
Volumen Constante Constante Ocupa todo el espaciodisponible y seexpande
Fluidez No Si faacutecilmente Si muy faacutecilmente
Difusioacuten No se difunde Se difunde conrelativa facilidad
Se difunde confacilidad
Cambios de los estados de agregacioacuten
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Es importante destacar las siguientes diferencias
Se llama evaporacioacuten al paso de los liacutequidos al estado gaseoso por debajo del punto deebullicioacuten y ebullicioacuten como el cambio de un liacutequido al estado de vapor y que dependeademaacutes de la presioacuten
Asiacute mismo condensacioacuten como el paso del estado de gas a vapor al estado liacutequido ylicuefaccioacuten como el cambio de un gas al estado liacutequido por elevacioacuten de la presioacuten
a)
Estados de agregacioacuten de algunos elementos quiacutemicos
Liacutequidos Bromo y Mercurio
Gases Helio Neoacuten Argoacuten Kriptoacuten Xenoacuten Radoacuten
Gases diatoacutemicos Hidroacutegeno Nitroacutegeno Oxiacutegeno Cloro Fluacuteor
Soacutelidos Todos los elementos restantes
Tabla perioacutedica La tabla perioacutedica de los elementos clasifica organiza y distribuye losdistintos elementos quiacutemicos conforme a sus propiedades y caracteriacutesticas su funcioacuten
principal es establecer un orden especiacutefico agrupando elementosEn la siguiente tabla perioacutedica observara los siacutembolos de los elementos quiacutemicos hasta hoyconocidos asiacute como algunos datos que se pueden obtener a partir de ella
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Compuestos
Son las sustancias cuyas moleacuteculas estaacuten formadas por aacutetomos diferentes es decir de
varias clases que al combinarse quiacutemicamente cada uno pierde sus propiedades especiacuteficas
para formar otras nuevas al unirse se desprende o absorbe energiacutea sus constituyentes solo
pueden separarse por medios quiacutemicos y tienen composicioacuten definida en peso Cabe aclararque en la formacioacuten de compuestos los elementos quiacutemicos
Las propiedades de las sustancias obtenidas por la descomposicioacuten de un compuesto no
tienen la menor semejanza con las propiedades del compuesto
Leyes ponderales
La formacioacuten de los compuestos se sujeta a las siguientes leyes
Leyes de la conservacioacuten de la materia (Lavoisier) La materia no se crea ni sedestruye solo se transforma
Ley de las proporciones definidas (Proust) Los elementos que forman un
compuesto siempre se combinan en las mismas proporciones de peso
Ley de las proporciones muacuteltiples (Dalton) Si dos elementos forman maacutes de un
compuesto uno de ellos permanece constante en su peso mientras el otro variacutea en
proporcioacuten de nuacutemeros enteros pequentildeos
Isoacutetopo Es la forma en que se pueden presentar un elemento con igual nuacutemero atoacutemico
pero diferente masa atoacutemica debido a que difiere el nuacutemero de neutrones
Mol Es la unidad cientiacutefica fundamental que corresponde a la cantidad de sustancia
(partiacuteculas aacutetomos moleacuteculas etc) Es una cantidad de foacutermula quiacutemica determinada que
contiene el mismo nuacutemero de unidades de foacutermula (aacutetomos moleacuteculas iones etc) que los
aacutetomos que hay en 12 gramos de C12
Peso Atoacutemico Se define como el promedio de las masas atoacutemicas de los isoacutetopos de un
elemento y es igual al nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
a)
Peso foacutermula o molecular (PM) Se calcula por medio de la suma de los pesosatoacutemicos de todos los elementos que constituyen a un compuesto
b) Caacutelculo de peso foacutermula o peso molecular de un compuesto
Foacutermula quiacutemica Es la representacioacuten de un compuesto
Subiacutendice Indica el nuacutemero de aacutetomos de un elemento en una foacutermula
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Coeficiente Indica el nuacutemero de moleacuteculas de un compuesto
Caacutelculo de peso foacutermula
Ejemplo
Calcular el peso foacutermula o molecular del H2SO4 (aacutecido sulfuacuterico)
H2SO4 subiacutendice (nuacutemero de aacutetomos)
Elementos
Elemento Nuacutemero de
aacutetomos
Peso Atoacutemico Total
H 2 1 2
S 1 32 32
O 4 16 64
Pesofoacutermula
- - 98 uma
c)
Conversioacuten gramos a mol y mol a gramos
- Obtener el peso molecular del compuesto
- Sustituir utilizando la siguiente foacutermula para calcular el nuacutemero de moles
=
n mol m masa (g) PM (peso molecular) (gml uma)
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12
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas moles hay en 30g de H2SO4
PM H2SO4 = 98gmol
n = 30g (98gmol) = 03 mol de H2SO4
Foacutermulas miacutenima o empiacuterica
Expresa la relacioacuten numeacuterica entera maacutes sencilla entre los elementos que forman el
compuesto
Se determina de la siguiente manera
Se establecen los aacutetomos-gramos de cada elemento dividendo la masa o el
porcentaje del elemento entre su peso atoacutemico
De los cocientes obtenidos se toma el maacutes pequentildeo como comuacuten denominador para
volver a dividir a todos los cocientes obtenidos
Si el resultado de la relacioacuten antes afectada es fraccionaria se multiplica por dos y
se procede a aproximar
Los nuacutemeros obtenidos seraacuten los subiacutendices de cada elemento en la forma buscada
Ejemplo
Al comprobar por anaacutelisis la composicioacuten de una sustancia se encontraron los siguientes
datos 028g de N y 072 de Mg Determine su foacutermula miacutenima
Elemento PesoAtoacutemico
Peso Relacioacuten Subiacutendices
Mg 24 072 24 = 003 003002 = 15 15X2 = 3
N14 32 002002 = 1 1 X 2 = 2
Foacutermula miacutenima Mg3N2
b)
Foacutermula molecular
Puede ser considerada la foacutermula miacutenima de un compuesto o muacuteltiplo de ella
Los pasos a seguir para su determinacioacuten son
Se designa la foacutermula miacutenima o empiacuterica
Se obtiene el peso foacutermula de la foacutermula miacutenima
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Se divide el peso molecular entre el peso foacutermula
El resultado de la relacioacuten seraacute el nuacutemero de foacutermulas miacutenimas que forman una
moleacutecula
Ejemplo El anaacutelisis de una sustancia pura blanca y cristalina es C = 267 H = 223 O = 711
Determinar su foacutermula molecular si su peso molecular es de 90 gmol
ElementoPeso Atoacutemico Aacutetomo-gramo Relacioacuten Subiacutendice
C12 267 26712 =
222222222 =
101
H 1 2232231 =
1004223222 =
1004 1
O 16 71171116 =
444444222 =
2 2
Foacutermula miacutenima CHO2
Peso foacutermula miacutenima (C = 12 X 1= 12) + (H = 1 X 1 = 1) + (O = 16 X 2 = 32) = 45
Peso molecular Peso foacutermula = 9045 = 2
Foacutermula molecular 2(CHO2) = C2H2O4
c)
Composicioacuten porcentual Es el porcentaje de cada elemento que forma un
compuesto
Se obtiene la siguiente manera
(uacute aacute)( oacute)
100
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de hierro (Fe) y de oxiacutegeno (O) se encuentran el oacutexido feacuterrico (Fe2O3)
El peso molecular de Fe2O3 es 1597 uma
2(5585)
1597 100 = 6994
=3(16)
1597 100 = 3005
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Ecuaciones quiacutemicas
a) Ecuacioacuten quiacutemica Es la representacioacuten de una reaccioacuten quiacutemica
A2 + 4B 2AB2
b)
Balanceo de ecuaciones (por tanteo)Para balancear una ecuacioacuten quiacutemica se deben colocar coeficientes en los compuestos de
tal forma que se tenga la misma cantidad de elementos en reactivos y productos
Ejemplo
H2 + O2 H2O
Se obtiene la cantidad de elementos tanto de los reactivos como de los productos
2-H-2
2-O-1
El oxiacutegeno no estaacute balanceado por lo tanto se busca un coeficiente que pueda igualar la
reaccioacuten
H2 + O2 2H2O
Se verifica se la reaccioacuten esta balanceada
2-H-4
2-O-2
Ahora el hidroacutegeno es el que se necesita igualarse nuevamente se coloca un coeficiente
2H2 + 02 2H2O
4-H-4
2-O-2
Ecuacioacuten balanceada
Estructura atoacutemica
a) Aacutetomo Es la partiacutecula fundamental de la materia que ya no puede dividirse en
porciones pequentildeas A su vez estaacute formado por subpartiacuteculas llamadas
Neutroacuten Sin carga (+-) se encuentran en el nuacutecleo del aacutetomo
Protoacuten Con carga positiva (+) que se encuentra en el nuacutecleo del aacutetomo
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Electroacuten Con carga negativa (-) que se encuentra girando alrededor del nuacutecleo en
orbitas eliacutepticas
b)
Nuacutemero atoacutemico (Z) Es el nuacutemero de protones en un aacutetomo Tambieacuten es igual al
nuacutemero de electrones siempre y cuando no sea un ion
c) Ion Aacutetomo con carga catioacuten (+) porque pierde electrones anioacuten (-) gana
electrones
d) Nuacutemero de masa (A) Es el nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
e)
Nuacutemero de neutrones Neutrones = A - Z
f) Isoacutetopos son aacutetomos con el mismo nuacutemero atoacutemico pero diferente masa atoacutemica
es decir igual nuacutemero de protones con diferentes nuacutemero de neutrones
g) Caacutelculo de las partiacuteculas subatoacutemicas
11Na23 Protones 11+ Electrones 11- Neutrones A- Z = 23 - 11 = 12deg
MODELOS ATOacuteMICOS
a) Modelo de Dalton
- La materia estaacute compuesta de partiacuteculas diminutas llamadas aacutetomos
- Los aacutetomos son indivisibles y las reacciones quiacutemicas son un reacomodo de ellos
-
Todos los aacutetomos de un elemento son iguales en peso y propiedades
-
Los compuestos se componen de diferentes aacutetomos-
Los aacutetomos se combinan en forma entera y en proporcioacuten de nuacutemeros enteros
pequentildeos
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b) Modelos de Thomson (Budiacuten de pasas El aacutetomo es una esfera de electricidad positiva
en la que estaacuten incrustados corpuacutesculos de electricidad negativa (electrones)
c) Modelos de Rutherford
Proponiacutea que toda la masa de un aacutetomo y la totalidad de la carga positiva estaban
concentradas en un conjunto pequentildeo y denso localizado en el centro del aacutetomo (nuacutecleo)
Alrededor de este nuacutecleo a cierta distancia de eacutel estaban los electrones (como enjambres
cargados negativamente) que haciacutean que la partiacutecula fuera eleacutectricamente neutra aunqueno explicoacute coacutemo podiacutean estar afuera y no ser atraiacutedos por el nuacutecleo
d)
Modelo de Bohr
-
Describioacute al aacutetomo como un nuacutecleo central muy pequentildeo cargado positivamentecon electrones girando alrededor de eacutel en oacuterbitas circulares definidas Debido a su
posicioacuten y movimiento el electroacuten posee energiacutea Asumioacute en su teoriacutea que el
electroacuten se podiacutea encontrar solo a distancias especiacuteficas del nuacutecleo en oacuterbitas
determinadas es decir que la energiacutea del electroacuten estaba ldquocuantizadardquo y por lotanto soacutelo podiacutea tener ciertos valores
-
El aacutetomo de Hidroacutegeno de acuerdo con el modelo de Bohr tendraacute un electroacuten
localizado en una oacuterbita que despende de la energiacutea el electroacuten Las posiciones
cuantizadas posibles del electroacuten se llaman estados de energiacutea o niveles de energiacutea
del electroacuten
- Cuando los electrones se situacutean en el estado de energiacutea cuantizado maacutes bajo
permisible se llaman aacutetomos en estado basal o fundamental cuando el electroacuten
brinca a un nivel maacutes alto se dice que esta excitado y por lo tanto al aacutetomo se le
llama aacutetomo en estado excitado
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Es importante destacar las siguientes diferencias
Se llama evaporacioacuten al paso de los liacutequidos al estado gaseoso por debajo del punto deebullicioacuten y ebullicioacuten como el cambio de un liacutequido al estado de vapor y que dependeademaacutes de la presioacuten
Asiacute mismo condensacioacuten como el paso del estado de gas a vapor al estado liacutequido ylicuefaccioacuten como el cambio de un gas al estado liacutequido por elevacioacuten de la presioacuten
a)
Estados de agregacioacuten de algunos elementos quiacutemicos
Liacutequidos Bromo y Mercurio
Gases Helio Neoacuten Argoacuten Kriptoacuten Xenoacuten Radoacuten
Gases diatoacutemicos Hidroacutegeno Nitroacutegeno Oxiacutegeno Cloro Fluacuteor
Soacutelidos Todos los elementos restantes
Tabla perioacutedica La tabla perioacutedica de los elementos clasifica organiza y distribuye losdistintos elementos quiacutemicos conforme a sus propiedades y caracteriacutesticas su funcioacuten
principal es establecer un orden especiacutefico agrupando elementosEn la siguiente tabla perioacutedica observara los siacutembolos de los elementos quiacutemicos hasta hoyconocidos asiacute como algunos datos que se pueden obtener a partir de ella
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Compuestos
Son las sustancias cuyas moleacuteculas estaacuten formadas por aacutetomos diferentes es decir de
varias clases que al combinarse quiacutemicamente cada uno pierde sus propiedades especiacuteficas
para formar otras nuevas al unirse se desprende o absorbe energiacutea sus constituyentes solo
pueden separarse por medios quiacutemicos y tienen composicioacuten definida en peso Cabe aclararque en la formacioacuten de compuestos los elementos quiacutemicos
Las propiedades de las sustancias obtenidas por la descomposicioacuten de un compuesto no
tienen la menor semejanza con las propiedades del compuesto
Leyes ponderales
La formacioacuten de los compuestos se sujeta a las siguientes leyes
Leyes de la conservacioacuten de la materia (Lavoisier) La materia no se crea ni sedestruye solo se transforma
Ley de las proporciones definidas (Proust) Los elementos que forman un
compuesto siempre se combinan en las mismas proporciones de peso
Ley de las proporciones muacuteltiples (Dalton) Si dos elementos forman maacutes de un
compuesto uno de ellos permanece constante en su peso mientras el otro variacutea en
proporcioacuten de nuacutemeros enteros pequentildeos
Isoacutetopo Es la forma en que se pueden presentar un elemento con igual nuacutemero atoacutemico
pero diferente masa atoacutemica debido a que difiere el nuacutemero de neutrones
Mol Es la unidad cientiacutefica fundamental que corresponde a la cantidad de sustancia
(partiacuteculas aacutetomos moleacuteculas etc) Es una cantidad de foacutermula quiacutemica determinada que
contiene el mismo nuacutemero de unidades de foacutermula (aacutetomos moleacuteculas iones etc) que los
aacutetomos que hay en 12 gramos de C12
Peso Atoacutemico Se define como el promedio de las masas atoacutemicas de los isoacutetopos de un
elemento y es igual al nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
a)
Peso foacutermula o molecular (PM) Se calcula por medio de la suma de los pesosatoacutemicos de todos los elementos que constituyen a un compuesto
b) Caacutelculo de peso foacutermula o peso molecular de un compuesto
Foacutermula quiacutemica Es la representacioacuten de un compuesto
Subiacutendice Indica el nuacutemero de aacutetomos de un elemento en una foacutermula
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Coeficiente Indica el nuacutemero de moleacuteculas de un compuesto
Caacutelculo de peso foacutermula
Ejemplo
Calcular el peso foacutermula o molecular del H2SO4 (aacutecido sulfuacuterico)
H2SO4 subiacutendice (nuacutemero de aacutetomos)
Elementos
Elemento Nuacutemero de
aacutetomos
Peso Atoacutemico Total
H 2 1 2
S 1 32 32
O 4 16 64
Pesofoacutermula
- - 98 uma
c)
Conversioacuten gramos a mol y mol a gramos
- Obtener el peso molecular del compuesto
- Sustituir utilizando la siguiente foacutermula para calcular el nuacutemero de moles
=
n mol m masa (g) PM (peso molecular) (gml uma)
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Ejemplo 1
iquestCuaacutentas moles hay en 30g de H2SO4
PM H2SO4 = 98gmol
n = 30g (98gmol) = 03 mol de H2SO4
Foacutermulas miacutenima o empiacuterica
Expresa la relacioacuten numeacuterica entera maacutes sencilla entre los elementos que forman el
compuesto
Se determina de la siguiente manera
Se establecen los aacutetomos-gramos de cada elemento dividendo la masa o el
porcentaje del elemento entre su peso atoacutemico
De los cocientes obtenidos se toma el maacutes pequentildeo como comuacuten denominador para
volver a dividir a todos los cocientes obtenidos
Si el resultado de la relacioacuten antes afectada es fraccionaria se multiplica por dos y
se procede a aproximar
Los nuacutemeros obtenidos seraacuten los subiacutendices de cada elemento en la forma buscada
Ejemplo
Al comprobar por anaacutelisis la composicioacuten de una sustancia se encontraron los siguientes
datos 028g de N y 072 de Mg Determine su foacutermula miacutenima
Elemento PesoAtoacutemico
Peso Relacioacuten Subiacutendices
Mg 24 072 24 = 003 003002 = 15 15X2 = 3
N14 32 002002 = 1 1 X 2 = 2
Foacutermula miacutenima Mg3N2
b)
Foacutermula molecular
Puede ser considerada la foacutermula miacutenima de un compuesto o muacuteltiplo de ella
Los pasos a seguir para su determinacioacuten son
Se designa la foacutermula miacutenima o empiacuterica
Se obtiene el peso foacutermula de la foacutermula miacutenima
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Se divide el peso molecular entre el peso foacutermula
El resultado de la relacioacuten seraacute el nuacutemero de foacutermulas miacutenimas que forman una
moleacutecula
Ejemplo El anaacutelisis de una sustancia pura blanca y cristalina es C = 267 H = 223 O = 711
Determinar su foacutermula molecular si su peso molecular es de 90 gmol
ElementoPeso Atoacutemico Aacutetomo-gramo Relacioacuten Subiacutendice
C12 267 26712 =
222222222 =
101
H 1 2232231 =
1004223222 =
1004 1
O 16 71171116 =
444444222 =
2 2
Foacutermula miacutenima CHO2
Peso foacutermula miacutenima (C = 12 X 1= 12) + (H = 1 X 1 = 1) + (O = 16 X 2 = 32) = 45
Peso molecular Peso foacutermula = 9045 = 2
Foacutermula molecular 2(CHO2) = C2H2O4
c)
Composicioacuten porcentual Es el porcentaje de cada elemento que forma un
compuesto
Se obtiene la siguiente manera
(uacute aacute)( oacute)
100
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de hierro (Fe) y de oxiacutegeno (O) se encuentran el oacutexido feacuterrico (Fe2O3)
El peso molecular de Fe2O3 es 1597 uma
2(5585)
1597 100 = 6994
=3(16)
1597 100 = 3005
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Ecuaciones quiacutemicas
a) Ecuacioacuten quiacutemica Es la representacioacuten de una reaccioacuten quiacutemica
A2 + 4B 2AB2
b)
Balanceo de ecuaciones (por tanteo)Para balancear una ecuacioacuten quiacutemica se deben colocar coeficientes en los compuestos de
tal forma que se tenga la misma cantidad de elementos en reactivos y productos
Ejemplo
H2 + O2 H2O
Se obtiene la cantidad de elementos tanto de los reactivos como de los productos
2-H-2
2-O-1
El oxiacutegeno no estaacute balanceado por lo tanto se busca un coeficiente que pueda igualar la
reaccioacuten
H2 + O2 2H2O
Se verifica se la reaccioacuten esta balanceada
2-H-4
2-O-2
Ahora el hidroacutegeno es el que se necesita igualarse nuevamente se coloca un coeficiente
2H2 + 02 2H2O
4-H-4
2-O-2
Ecuacioacuten balanceada
Estructura atoacutemica
a) Aacutetomo Es la partiacutecula fundamental de la materia que ya no puede dividirse en
porciones pequentildeas A su vez estaacute formado por subpartiacuteculas llamadas
Neutroacuten Sin carga (+-) se encuentran en el nuacutecleo del aacutetomo
Protoacuten Con carga positiva (+) que se encuentra en el nuacutecleo del aacutetomo
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Electroacuten Con carga negativa (-) que se encuentra girando alrededor del nuacutecleo en
orbitas eliacutepticas
b)
Nuacutemero atoacutemico (Z) Es el nuacutemero de protones en un aacutetomo Tambieacuten es igual al
nuacutemero de electrones siempre y cuando no sea un ion
c) Ion Aacutetomo con carga catioacuten (+) porque pierde electrones anioacuten (-) gana
electrones
d) Nuacutemero de masa (A) Es el nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
e)
Nuacutemero de neutrones Neutrones = A - Z
f) Isoacutetopos son aacutetomos con el mismo nuacutemero atoacutemico pero diferente masa atoacutemica
es decir igual nuacutemero de protones con diferentes nuacutemero de neutrones
g) Caacutelculo de las partiacuteculas subatoacutemicas
11Na23 Protones 11+ Electrones 11- Neutrones A- Z = 23 - 11 = 12deg
MODELOS ATOacuteMICOS
a) Modelo de Dalton
- La materia estaacute compuesta de partiacuteculas diminutas llamadas aacutetomos
- Los aacutetomos son indivisibles y las reacciones quiacutemicas son un reacomodo de ellos
-
Todos los aacutetomos de un elemento son iguales en peso y propiedades
-
Los compuestos se componen de diferentes aacutetomos-
Los aacutetomos se combinan en forma entera y en proporcioacuten de nuacutemeros enteros
pequentildeos
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b) Modelos de Thomson (Budiacuten de pasas El aacutetomo es una esfera de electricidad positiva
en la que estaacuten incrustados corpuacutesculos de electricidad negativa (electrones)
c) Modelos de Rutherford
Proponiacutea que toda la masa de un aacutetomo y la totalidad de la carga positiva estaban
concentradas en un conjunto pequentildeo y denso localizado en el centro del aacutetomo (nuacutecleo)
Alrededor de este nuacutecleo a cierta distancia de eacutel estaban los electrones (como enjambres
cargados negativamente) que haciacutean que la partiacutecula fuera eleacutectricamente neutra aunqueno explicoacute coacutemo podiacutean estar afuera y no ser atraiacutedos por el nuacutecleo
d)
Modelo de Bohr
-
Describioacute al aacutetomo como un nuacutecleo central muy pequentildeo cargado positivamentecon electrones girando alrededor de eacutel en oacuterbitas circulares definidas Debido a su
posicioacuten y movimiento el electroacuten posee energiacutea Asumioacute en su teoriacutea que el
electroacuten se podiacutea encontrar solo a distancias especiacuteficas del nuacutecleo en oacuterbitas
determinadas es decir que la energiacutea del electroacuten estaba ldquocuantizadardquo y por lotanto soacutelo podiacutea tener ciertos valores
-
El aacutetomo de Hidroacutegeno de acuerdo con el modelo de Bohr tendraacute un electroacuten
localizado en una oacuterbita que despende de la energiacutea el electroacuten Las posiciones
cuantizadas posibles del electroacuten se llaman estados de energiacutea o niveles de energiacutea
del electroacuten
- Cuando los electrones se situacutean en el estado de energiacutea cuantizado maacutes bajo
permisible se llaman aacutetomos en estado basal o fundamental cuando el electroacuten
brinca a un nivel maacutes alto se dice que esta excitado y por lo tanto al aacutetomo se le
llama aacutetomo en estado excitado
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Compuestos
Son las sustancias cuyas moleacuteculas estaacuten formadas por aacutetomos diferentes es decir de
varias clases que al combinarse quiacutemicamente cada uno pierde sus propiedades especiacuteficas
para formar otras nuevas al unirse se desprende o absorbe energiacutea sus constituyentes solo
pueden separarse por medios quiacutemicos y tienen composicioacuten definida en peso Cabe aclararque en la formacioacuten de compuestos los elementos quiacutemicos
Las propiedades de las sustancias obtenidas por la descomposicioacuten de un compuesto no
tienen la menor semejanza con las propiedades del compuesto
Leyes ponderales
La formacioacuten de los compuestos se sujeta a las siguientes leyes
Leyes de la conservacioacuten de la materia (Lavoisier) La materia no se crea ni sedestruye solo se transforma
Ley de las proporciones definidas (Proust) Los elementos que forman un
compuesto siempre se combinan en las mismas proporciones de peso
Ley de las proporciones muacuteltiples (Dalton) Si dos elementos forman maacutes de un
compuesto uno de ellos permanece constante en su peso mientras el otro variacutea en
proporcioacuten de nuacutemeros enteros pequentildeos
Isoacutetopo Es la forma en que se pueden presentar un elemento con igual nuacutemero atoacutemico
pero diferente masa atoacutemica debido a que difiere el nuacutemero de neutrones
Mol Es la unidad cientiacutefica fundamental que corresponde a la cantidad de sustancia
(partiacuteculas aacutetomos moleacuteculas etc) Es una cantidad de foacutermula quiacutemica determinada que
contiene el mismo nuacutemero de unidades de foacutermula (aacutetomos moleacuteculas iones etc) que los
aacutetomos que hay en 12 gramos de C12
Peso Atoacutemico Se define como el promedio de las masas atoacutemicas de los isoacutetopos de un
elemento y es igual al nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
a)
Peso foacutermula o molecular (PM) Se calcula por medio de la suma de los pesosatoacutemicos de todos los elementos que constituyen a un compuesto
b) Caacutelculo de peso foacutermula o peso molecular de un compuesto
Foacutermula quiacutemica Es la representacioacuten de un compuesto
Subiacutendice Indica el nuacutemero de aacutetomos de un elemento en una foacutermula
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Coeficiente Indica el nuacutemero de moleacuteculas de un compuesto
Caacutelculo de peso foacutermula
Ejemplo
Calcular el peso foacutermula o molecular del H2SO4 (aacutecido sulfuacuterico)
H2SO4 subiacutendice (nuacutemero de aacutetomos)
Elementos
Elemento Nuacutemero de
aacutetomos
Peso Atoacutemico Total
H 2 1 2
S 1 32 32
O 4 16 64
Pesofoacutermula
- - 98 uma
c)
Conversioacuten gramos a mol y mol a gramos
- Obtener el peso molecular del compuesto
- Sustituir utilizando la siguiente foacutermula para calcular el nuacutemero de moles
=
n mol m masa (g) PM (peso molecular) (gml uma)
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Ejemplo 1
iquestCuaacutentas moles hay en 30g de H2SO4
PM H2SO4 = 98gmol
n = 30g (98gmol) = 03 mol de H2SO4
Foacutermulas miacutenima o empiacuterica
Expresa la relacioacuten numeacuterica entera maacutes sencilla entre los elementos que forman el
compuesto
Se determina de la siguiente manera
Se establecen los aacutetomos-gramos de cada elemento dividendo la masa o el
porcentaje del elemento entre su peso atoacutemico
De los cocientes obtenidos se toma el maacutes pequentildeo como comuacuten denominador para
volver a dividir a todos los cocientes obtenidos
Si el resultado de la relacioacuten antes afectada es fraccionaria se multiplica por dos y
se procede a aproximar
Los nuacutemeros obtenidos seraacuten los subiacutendices de cada elemento en la forma buscada
Ejemplo
Al comprobar por anaacutelisis la composicioacuten de una sustancia se encontraron los siguientes
datos 028g de N y 072 de Mg Determine su foacutermula miacutenima
Elemento PesoAtoacutemico
Peso Relacioacuten Subiacutendices
Mg 24 072 24 = 003 003002 = 15 15X2 = 3
N14 32 002002 = 1 1 X 2 = 2
Foacutermula miacutenima Mg3N2
b)
Foacutermula molecular
Puede ser considerada la foacutermula miacutenima de un compuesto o muacuteltiplo de ella
Los pasos a seguir para su determinacioacuten son
Se designa la foacutermula miacutenima o empiacuterica
Se obtiene el peso foacutermula de la foacutermula miacutenima
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Se divide el peso molecular entre el peso foacutermula
El resultado de la relacioacuten seraacute el nuacutemero de foacutermulas miacutenimas que forman una
moleacutecula
Ejemplo El anaacutelisis de una sustancia pura blanca y cristalina es C = 267 H = 223 O = 711
Determinar su foacutermula molecular si su peso molecular es de 90 gmol
ElementoPeso Atoacutemico Aacutetomo-gramo Relacioacuten Subiacutendice
C12 267 26712 =
222222222 =
101
H 1 2232231 =
1004223222 =
1004 1
O 16 71171116 =
444444222 =
2 2
Foacutermula miacutenima CHO2
Peso foacutermula miacutenima (C = 12 X 1= 12) + (H = 1 X 1 = 1) + (O = 16 X 2 = 32) = 45
Peso molecular Peso foacutermula = 9045 = 2
Foacutermula molecular 2(CHO2) = C2H2O4
c)
Composicioacuten porcentual Es el porcentaje de cada elemento que forma un
compuesto
Se obtiene la siguiente manera
(uacute aacute)( oacute)
100
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de hierro (Fe) y de oxiacutegeno (O) se encuentran el oacutexido feacuterrico (Fe2O3)
El peso molecular de Fe2O3 es 1597 uma
2(5585)
1597 100 = 6994
=3(16)
1597 100 = 3005
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Ecuaciones quiacutemicas
a) Ecuacioacuten quiacutemica Es la representacioacuten de una reaccioacuten quiacutemica
A2 + 4B 2AB2
b)
Balanceo de ecuaciones (por tanteo)Para balancear una ecuacioacuten quiacutemica se deben colocar coeficientes en los compuestos de
tal forma que se tenga la misma cantidad de elementos en reactivos y productos
Ejemplo
H2 + O2 H2O
Se obtiene la cantidad de elementos tanto de los reactivos como de los productos
2-H-2
2-O-1
El oxiacutegeno no estaacute balanceado por lo tanto se busca un coeficiente que pueda igualar la
reaccioacuten
H2 + O2 2H2O
Se verifica se la reaccioacuten esta balanceada
2-H-4
2-O-2
Ahora el hidroacutegeno es el que se necesita igualarse nuevamente se coloca un coeficiente
2H2 + 02 2H2O
4-H-4
2-O-2
Ecuacioacuten balanceada
Estructura atoacutemica
a) Aacutetomo Es la partiacutecula fundamental de la materia que ya no puede dividirse en
porciones pequentildeas A su vez estaacute formado por subpartiacuteculas llamadas
Neutroacuten Sin carga (+-) se encuentran en el nuacutecleo del aacutetomo
Protoacuten Con carga positiva (+) que se encuentra en el nuacutecleo del aacutetomo
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Electroacuten Con carga negativa (-) que se encuentra girando alrededor del nuacutecleo en
orbitas eliacutepticas
b)
Nuacutemero atoacutemico (Z) Es el nuacutemero de protones en un aacutetomo Tambieacuten es igual al
nuacutemero de electrones siempre y cuando no sea un ion
c) Ion Aacutetomo con carga catioacuten (+) porque pierde electrones anioacuten (-) gana
electrones
d) Nuacutemero de masa (A) Es el nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
e)
Nuacutemero de neutrones Neutrones = A - Z
f) Isoacutetopos son aacutetomos con el mismo nuacutemero atoacutemico pero diferente masa atoacutemica
es decir igual nuacutemero de protones con diferentes nuacutemero de neutrones
g) Caacutelculo de las partiacuteculas subatoacutemicas
11Na23 Protones 11+ Electrones 11- Neutrones A- Z = 23 - 11 = 12deg
MODELOS ATOacuteMICOS
a) Modelo de Dalton
- La materia estaacute compuesta de partiacuteculas diminutas llamadas aacutetomos
- Los aacutetomos son indivisibles y las reacciones quiacutemicas son un reacomodo de ellos
-
Todos los aacutetomos de un elemento son iguales en peso y propiedades
-
Los compuestos se componen de diferentes aacutetomos-
Los aacutetomos se combinan en forma entera y en proporcioacuten de nuacutemeros enteros
pequentildeos
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b) Modelos de Thomson (Budiacuten de pasas El aacutetomo es una esfera de electricidad positiva
en la que estaacuten incrustados corpuacutesculos de electricidad negativa (electrones)
c) Modelos de Rutherford
Proponiacutea que toda la masa de un aacutetomo y la totalidad de la carga positiva estaban
concentradas en un conjunto pequentildeo y denso localizado en el centro del aacutetomo (nuacutecleo)
Alrededor de este nuacutecleo a cierta distancia de eacutel estaban los electrones (como enjambres
cargados negativamente) que haciacutean que la partiacutecula fuera eleacutectricamente neutra aunqueno explicoacute coacutemo podiacutean estar afuera y no ser atraiacutedos por el nuacutecleo
d)
Modelo de Bohr
-
Describioacute al aacutetomo como un nuacutecleo central muy pequentildeo cargado positivamentecon electrones girando alrededor de eacutel en oacuterbitas circulares definidas Debido a su
posicioacuten y movimiento el electroacuten posee energiacutea Asumioacute en su teoriacutea que el
electroacuten se podiacutea encontrar solo a distancias especiacuteficas del nuacutecleo en oacuterbitas
determinadas es decir que la energiacutea del electroacuten estaba ldquocuantizadardquo y por lotanto soacutelo podiacutea tener ciertos valores
-
El aacutetomo de Hidroacutegeno de acuerdo con el modelo de Bohr tendraacute un electroacuten
localizado en una oacuterbita que despende de la energiacutea el electroacuten Las posiciones
cuantizadas posibles del electroacuten se llaman estados de energiacutea o niveles de energiacutea
del electroacuten
- Cuando los electrones se situacutean en el estado de energiacutea cuantizado maacutes bajo
permisible se llaman aacutetomos en estado basal o fundamental cuando el electroacuten
brinca a un nivel maacutes alto se dice que esta excitado y por lo tanto al aacutetomo se le
llama aacutetomo en estado excitado
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Coeficiente Indica el nuacutemero de moleacuteculas de un compuesto
Caacutelculo de peso foacutermula
Ejemplo
Calcular el peso foacutermula o molecular del H2SO4 (aacutecido sulfuacuterico)
H2SO4 subiacutendice (nuacutemero de aacutetomos)
Elementos
Elemento Nuacutemero de
aacutetomos
Peso Atoacutemico Total
H 2 1 2
S 1 32 32
O 4 16 64
Pesofoacutermula
- - 98 uma
c)
Conversioacuten gramos a mol y mol a gramos
- Obtener el peso molecular del compuesto
- Sustituir utilizando la siguiente foacutermula para calcular el nuacutemero de moles
=
n mol m masa (g) PM (peso molecular) (gml uma)
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Ejemplo 1
iquestCuaacutentas moles hay en 30g de H2SO4
PM H2SO4 = 98gmol
n = 30g (98gmol) = 03 mol de H2SO4
Foacutermulas miacutenima o empiacuterica
Expresa la relacioacuten numeacuterica entera maacutes sencilla entre los elementos que forman el
compuesto
Se determina de la siguiente manera
Se establecen los aacutetomos-gramos de cada elemento dividendo la masa o el
porcentaje del elemento entre su peso atoacutemico
De los cocientes obtenidos se toma el maacutes pequentildeo como comuacuten denominador para
volver a dividir a todos los cocientes obtenidos
Si el resultado de la relacioacuten antes afectada es fraccionaria se multiplica por dos y
se procede a aproximar
Los nuacutemeros obtenidos seraacuten los subiacutendices de cada elemento en la forma buscada
Ejemplo
Al comprobar por anaacutelisis la composicioacuten de una sustancia se encontraron los siguientes
datos 028g de N y 072 de Mg Determine su foacutermula miacutenima
Elemento PesoAtoacutemico
Peso Relacioacuten Subiacutendices
Mg 24 072 24 = 003 003002 = 15 15X2 = 3
N14 32 002002 = 1 1 X 2 = 2
Foacutermula miacutenima Mg3N2
b)
Foacutermula molecular
Puede ser considerada la foacutermula miacutenima de un compuesto o muacuteltiplo de ella
Los pasos a seguir para su determinacioacuten son
Se designa la foacutermula miacutenima o empiacuterica
Se obtiene el peso foacutermula de la foacutermula miacutenima
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Se divide el peso molecular entre el peso foacutermula
El resultado de la relacioacuten seraacute el nuacutemero de foacutermulas miacutenimas que forman una
moleacutecula
Ejemplo El anaacutelisis de una sustancia pura blanca y cristalina es C = 267 H = 223 O = 711
Determinar su foacutermula molecular si su peso molecular es de 90 gmol
ElementoPeso Atoacutemico Aacutetomo-gramo Relacioacuten Subiacutendice
C12 267 26712 =
222222222 =
101
H 1 2232231 =
1004223222 =
1004 1
O 16 71171116 =
444444222 =
2 2
Foacutermula miacutenima CHO2
Peso foacutermula miacutenima (C = 12 X 1= 12) + (H = 1 X 1 = 1) + (O = 16 X 2 = 32) = 45
Peso molecular Peso foacutermula = 9045 = 2
Foacutermula molecular 2(CHO2) = C2H2O4
c)
Composicioacuten porcentual Es el porcentaje de cada elemento que forma un
compuesto
Se obtiene la siguiente manera
(uacute aacute)( oacute)
100
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de hierro (Fe) y de oxiacutegeno (O) se encuentran el oacutexido feacuterrico (Fe2O3)
El peso molecular de Fe2O3 es 1597 uma
2(5585)
1597 100 = 6994
=3(16)
1597 100 = 3005
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Ecuaciones quiacutemicas
a) Ecuacioacuten quiacutemica Es la representacioacuten de una reaccioacuten quiacutemica
A2 + 4B 2AB2
b)
Balanceo de ecuaciones (por tanteo)Para balancear una ecuacioacuten quiacutemica se deben colocar coeficientes en los compuestos de
tal forma que se tenga la misma cantidad de elementos en reactivos y productos
Ejemplo
H2 + O2 H2O
Se obtiene la cantidad de elementos tanto de los reactivos como de los productos
2-H-2
2-O-1
El oxiacutegeno no estaacute balanceado por lo tanto se busca un coeficiente que pueda igualar la
reaccioacuten
H2 + O2 2H2O
Se verifica se la reaccioacuten esta balanceada
2-H-4
2-O-2
Ahora el hidroacutegeno es el que se necesita igualarse nuevamente se coloca un coeficiente
2H2 + 02 2H2O
4-H-4
2-O-2
Ecuacioacuten balanceada
Estructura atoacutemica
a) Aacutetomo Es la partiacutecula fundamental de la materia que ya no puede dividirse en
porciones pequentildeas A su vez estaacute formado por subpartiacuteculas llamadas
Neutroacuten Sin carga (+-) se encuentran en el nuacutecleo del aacutetomo
Protoacuten Con carga positiva (+) que se encuentra en el nuacutecleo del aacutetomo
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Electroacuten Con carga negativa (-) que se encuentra girando alrededor del nuacutecleo en
orbitas eliacutepticas
b)
Nuacutemero atoacutemico (Z) Es el nuacutemero de protones en un aacutetomo Tambieacuten es igual al
nuacutemero de electrones siempre y cuando no sea un ion
c) Ion Aacutetomo con carga catioacuten (+) porque pierde electrones anioacuten (-) gana
electrones
d) Nuacutemero de masa (A) Es el nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
e)
Nuacutemero de neutrones Neutrones = A - Z
f) Isoacutetopos son aacutetomos con el mismo nuacutemero atoacutemico pero diferente masa atoacutemica
es decir igual nuacutemero de protones con diferentes nuacutemero de neutrones
g) Caacutelculo de las partiacuteculas subatoacutemicas
11Na23 Protones 11+ Electrones 11- Neutrones A- Z = 23 - 11 = 12deg
MODELOS ATOacuteMICOS
a) Modelo de Dalton
- La materia estaacute compuesta de partiacuteculas diminutas llamadas aacutetomos
- Los aacutetomos son indivisibles y las reacciones quiacutemicas son un reacomodo de ellos
-
Todos los aacutetomos de un elemento son iguales en peso y propiedades
-
Los compuestos se componen de diferentes aacutetomos-
Los aacutetomos se combinan en forma entera y en proporcioacuten de nuacutemeros enteros
pequentildeos
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b) Modelos de Thomson (Budiacuten de pasas El aacutetomo es una esfera de electricidad positiva
en la que estaacuten incrustados corpuacutesculos de electricidad negativa (electrones)
c) Modelos de Rutherford
Proponiacutea que toda la masa de un aacutetomo y la totalidad de la carga positiva estaban
concentradas en un conjunto pequentildeo y denso localizado en el centro del aacutetomo (nuacutecleo)
Alrededor de este nuacutecleo a cierta distancia de eacutel estaban los electrones (como enjambres
cargados negativamente) que haciacutean que la partiacutecula fuera eleacutectricamente neutra aunqueno explicoacute coacutemo podiacutean estar afuera y no ser atraiacutedos por el nuacutecleo
d)
Modelo de Bohr
-
Describioacute al aacutetomo como un nuacutecleo central muy pequentildeo cargado positivamentecon electrones girando alrededor de eacutel en oacuterbitas circulares definidas Debido a su
posicioacuten y movimiento el electroacuten posee energiacutea Asumioacute en su teoriacutea que el
electroacuten se podiacutea encontrar solo a distancias especiacuteficas del nuacutecleo en oacuterbitas
determinadas es decir que la energiacutea del electroacuten estaba ldquocuantizadardquo y por lotanto soacutelo podiacutea tener ciertos valores
-
El aacutetomo de Hidroacutegeno de acuerdo con el modelo de Bohr tendraacute un electroacuten
localizado en una oacuterbita que despende de la energiacutea el electroacuten Las posiciones
cuantizadas posibles del electroacuten se llaman estados de energiacutea o niveles de energiacutea
del electroacuten
- Cuando los electrones se situacutean en el estado de energiacutea cuantizado maacutes bajo
permisible se llaman aacutetomos en estado basal o fundamental cuando el electroacuten
brinca a un nivel maacutes alto se dice que esta excitado y por lo tanto al aacutetomo se le
llama aacutetomo en estado excitado
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Ejemplo 1
iquestCuaacutentas moles hay en 30g de H2SO4
PM H2SO4 = 98gmol
n = 30g (98gmol) = 03 mol de H2SO4
Foacutermulas miacutenima o empiacuterica
Expresa la relacioacuten numeacuterica entera maacutes sencilla entre los elementos que forman el
compuesto
Se determina de la siguiente manera
Se establecen los aacutetomos-gramos de cada elemento dividendo la masa o el
porcentaje del elemento entre su peso atoacutemico
De los cocientes obtenidos se toma el maacutes pequentildeo como comuacuten denominador para
volver a dividir a todos los cocientes obtenidos
Si el resultado de la relacioacuten antes afectada es fraccionaria se multiplica por dos y
se procede a aproximar
Los nuacutemeros obtenidos seraacuten los subiacutendices de cada elemento en la forma buscada
Ejemplo
Al comprobar por anaacutelisis la composicioacuten de una sustancia se encontraron los siguientes
datos 028g de N y 072 de Mg Determine su foacutermula miacutenima
Elemento PesoAtoacutemico
Peso Relacioacuten Subiacutendices
Mg 24 072 24 = 003 003002 = 15 15X2 = 3
N14 32 002002 = 1 1 X 2 = 2
Foacutermula miacutenima Mg3N2
b)
Foacutermula molecular
Puede ser considerada la foacutermula miacutenima de un compuesto o muacuteltiplo de ella
Los pasos a seguir para su determinacioacuten son
Se designa la foacutermula miacutenima o empiacuterica
Se obtiene el peso foacutermula de la foacutermula miacutenima
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Se divide el peso molecular entre el peso foacutermula
El resultado de la relacioacuten seraacute el nuacutemero de foacutermulas miacutenimas que forman una
moleacutecula
Ejemplo El anaacutelisis de una sustancia pura blanca y cristalina es C = 267 H = 223 O = 711
Determinar su foacutermula molecular si su peso molecular es de 90 gmol
ElementoPeso Atoacutemico Aacutetomo-gramo Relacioacuten Subiacutendice
C12 267 26712 =
222222222 =
101
H 1 2232231 =
1004223222 =
1004 1
O 16 71171116 =
444444222 =
2 2
Foacutermula miacutenima CHO2
Peso foacutermula miacutenima (C = 12 X 1= 12) + (H = 1 X 1 = 1) + (O = 16 X 2 = 32) = 45
Peso molecular Peso foacutermula = 9045 = 2
Foacutermula molecular 2(CHO2) = C2H2O4
c)
Composicioacuten porcentual Es el porcentaje de cada elemento que forma un
compuesto
Se obtiene la siguiente manera
(uacute aacute)( oacute)
100
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de hierro (Fe) y de oxiacutegeno (O) se encuentran el oacutexido feacuterrico (Fe2O3)
El peso molecular de Fe2O3 es 1597 uma
2(5585)
1597 100 = 6994
=3(16)
1597 100 = 3005
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Ecuaciones quiacutemicas
a) Ecuacioacuten quiacutemica Es la representacioacuten de una reaccioacuten quiacutemica
A2 + 4B 2AB2
b)
Balanceo de ecuaciones (por tanteo)Para balancear una ecuacioacuten quiacutemica se deben colocar coeficientes en los compuestos de
tal forma que se tenga la misma cantidad de elementos en reactivos y productos
Ejemplo
H2 + O2 H2O
Se obtiene la cantidad de elementos tanto de los reactivos como de los productos
2-H-2
2-O-1
El oxiacutegeno no estaacute balanceado por lo tanto se busca un coeficiente que pueda igualar la
reaccioacuten
H2 + O2 2H2O
Se verifica se la reaccioacuten esta balanceada
2-H-4
2-O-2
Ahora el hidroacutegeno es el que se necesita igualarse nuevamente se coloca un coeficiente
2H2 + 02 2H2O
4-H-4
2-O-2
Ecuacioacuten balanceada
Estructura atoacutemica
a) Aacutetomo Es la partiacutecula fundamental de la materia que ya no puede dividirse en
porciones pequentildeas A su vez estaacute formado por subpartiacuteculas llamadas
Neutroacuten Sin carga (+-) se encuentran en el nuacutecleo del aacutetomo
Protoacuten Con carga positiva (+) que se encuentra en el nuacutecleo del aacutetomo
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Electroacuten Con carga negativa (-) que se encuentra girando alrededor del nuacutecleo en
orbitas eliacutepticas
b)
Nuacutemero atoacutemico (Z) Es el nuacutemero de protones en un aacutetomo Tambieacuten es igual al
nuacutemero de electrones siempre y cuando no sea un ion
c) Ion Aacutetomo con carga catioacuten (+) porque pierde electrones anioacuten (-) gana
electrones
d) Nuacutemero de masa (A) Es el nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
e)
Nuacutemero de neutrones Neutrones = A - Z
f) Isoacutetopos son aacutetomos con el mismo nuacutemero atoacutemico pero diferente masa atoacutemica
es decir igual nuacutemero de protones con diferentes nuacutemero de neutrones
g) Caacutelculo de las partiacuteculas subatoacutemicas
11Na23 Protones 11+ Electrones 11- Neutrones A- Z = 23 - 11 = 12deg
MODELOS ATOacuteMICOS
a) Modelo de Dalton
- La materia estaacute compuesta de partiacuteculas diminutas llamadas aacutetomos
- Los aacutetomos son indivisibles y las reacciones quiacutemicas son un reacomodo de ellos
-
Todos los aacutetomos de un elemento son iguales en peso y propiedades
-
Los compuestos se componen de diferentes aacutetomos-
Los aacutetomos se combinan en forma entera y en proporcioacuten de nuacutemeros enteros
pequentildeos
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b) Modelos de Thomson (Budiacuten de pasas El aacutetomo es una esfera de electricidad positiva
en la que estaacuten incrustados corpuacutesculos de electricidad negativa (electrones)
c) Modelos de Rutherford
Proponiacutea que toda la masa de un aacutetomo y la totalidad de la carga positiva estaban
concentradas en un conjunto pequentildeo y denso localizado en el centro del aacutetomo (nuacutecleo)
Alrededor de este nuacutecleo a cierta distancia de eacutel estaban los electrones (como enjambres
cargados negativamente) que haciacutean que la partiacutecula fuera eleacutectricamente neutra aunqueno explicoacute coacutemo podiacutean estar afuera y no ser atraiacutedos por el nuacutecleo
d)
Modelo de Bohr
-
Describioacute al aacutetomo como un nuacutecleo central muy pequentildeo cargado positivamentecon electrones girando alrededor de eacutel en oacuterbitas circulares definidas Debido a su
posicioacuten y movimiento el electroacuten posee energiacutea Asumioacute en su teoriacutea que el
electroacuten se podiacutea encontrar solo a distancias especiacuteficas del nuacutecleo en oacuterbitas
determinadas es decir que la energiacutea del electroacuten estaba ldquocuantizadardquo y por lotanto soacutelo podiacutea tener ciertos valores
-
El aacutetomo de Hidroacutegeno de acuerdo con el modelo de Bohr tendraacute un electroacuten
localizado en una oacuterbita que despende de la energiacutea el electroacuten Las posiciones
cuantizadas posibles del electroacuten se llaman estados de energiacutea o niveles de energiacutea
del electroacuten
- Cuando los electrones se situacutean en el estado de energiacutea cuantizado maacutes bajo
permisible se llaman aacutetomos en estado basal o fundamental cuando el electroacuten
brinca a un nivel maacutes alto se dice que esta excitado y por lo tanto al aacutetomo se le
llama aacutetomo en estado excitado
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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32
Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Se divide el peso molecular entre el peso foacutermula
El resultado de la relacioacuten seraacute el nuacutemero de foacutermulas miacutenimas que forman una
moleacutecula
Ejemplo El anaacutelisis de una sustancia pura blanca y cristalina es C = 267 H = 223 O = 711
Determinar su foacutermula molecular si su peso molecular es de 90 gmol
ElementoPeso Atoacutemico Aacutetomo-gramo Relacioacuten Subiacutendice
C12 267 26712 =
222222222 =
101
H 1 2232231 =
1004223222 =
1004 1
O 16 71171116 =
444444222 =
2 2
Foacutermula miacutenima CHO2
Peso foacutermula miacutenima (C = 12 X 1= 12) + (H = 1 X 1 = 1) + (O = 16 X 2 = 32) = 45
Peso molecular Peso foacutermula = 9045 = 2
Foacutermula molecular 2(CHO2) = C2H2O4
c)
Composicioacuten porcentual Es el porcentaje de cada elemento que forma un
compuesto
Se obtiene la siguiente manera
(uacute aacute)( oacute)
100
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de hierro (Fe) y de oxiacutegeno (O) se encuentran el oacutexido feacuterrico (Fe2O3)
El peso molecular de Fe2O3 es 1597 uma
2(5585)
1597 100 = 6994
=3(16)
1597 100 = 3005
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Ecuaciones quiacutemicas
a) Ecuacioacuten quiacutemica Es la representacioacuten de una reaccioacuten quiacutemica
A2 + 4B 2AB2
b)
Balanceo de ecuaciones (por tanteo)Para balancear una ecuacioacuten quiacutemica se deben colocar coeficientes en los compuestos de
tal forma que se tenga la misma cantidad de elementos en reactivos y productos
Ejemplo
H2 + O2 H2O
Se obtiene la cantidad de elementos tanto de los reactivos como de los productos
2-H-2
2-O-1
El oxiacutegeno no estaacute balanceado por lo tanto se busca un coeficiente que pueda igualar la
reaccioacuten
H2 + O2 2H2O
Se verifica se la reaccioacuten esta balanceada
2-H-4
2-O-2
Ahora el hidroacutegeno es el que se necesita igualarse nuevamente se coloca un coeficiente
2H2 + 02 2H2O
4-H-4
2-O-2
Ecuacioacuten balanceada
Estructura atoacutemica
a) Aacutetomo Es la partiacutecula fundamental de la materia que ya no puede dividirse en
porciones pequentildeas A su vez estaacute formado por subpartiacuteculas llamadas
Neutroacuten Sin carga (+-) se encuentran en el nuacutecleo del aacutetomo
Protoacuten Con carga positiva (+) que se encuentra en el nuacutecleo del aacutetomo
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Electroacuten Con carga negativa (-) que se encuentra girando alrededor del nuacutecleo en
orbitas eliacutepticas
b)
Nuacutemero atoacutemico (Z) Es el nuacutemero de protones en un aacutetomo Tambieacuten es igual al
nuacutemero de electrones siempre y cuando no sea un ion
c) Ion Aacutetomo con carga catioacuten (+) porque pierde electrones anioacuten (-) gana
electrones
d) Nuacutemero de masa (A) Es el nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
e)
Nuacutemero de neutrones Neutrones = A - Z
f) Isoacutetopos son aacutetomos con el mismo nuacutemero atoacutemico pero diferente masa atoacutemica
es decir igual nuacutemero de protones con diferentes nuacutemero de neutrones
g) Caacutelculo de las partiacuteculas subatoacutemicas
11Na23 Protones 11+ Electrones 11- Neutrones A- Z = 23 - 11 = 12deg
MODELOS ATOacuteMICOS
a) Modelo de Dalton
- La materia estaacute compuesta de partiacuteculas diminutas llamadas aacutetomos
- Los aacutetomos son indivisibles y las reacciones quiacutemicas son un reacomodo de ellos
-
Todos los aacutetomos de un elemento son iguales en peso y propiedades
-
Los compuestos se componen de diferentes aacutetomos-
Los aacutetomos se combinan en forma entera y en proporcioacuten de nuacutemeros enteros
pequentildeos
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b) Modelos de Thomson (Budiacuten de pasas El aacutetomo es una esfera de electricidad positiva
en la que estaacuten incrustados corpuacutesculos de electricidad negativa (electrones)
c) Modelos de Rutherford
Proponiacutea que toda la masa de un aacutetomo y la totalidad de la carga positiva estaban
concentradas en un conjunto pequentildeo y denso localizado en el centro del aacutetomo (nuacutecleo)
Alrededor de este nuacutecleo a cierta distancia de eacutel estaban los electrones (como enjambres
cargados negativamente) que haciacutean que la partiacutecula fuera eleacutectricamente neutra aunqueno explicoacute coacutemo podiacutean estar afuera y no ser atraiacutedos por el nuacutecleo
d)
Modelo de Bohr
-
Describioacute al aacutetomo como un nuacutecleo central muy pequentildeo cargado positivamentecon electrones girando alrededor de eacutel en oacuterbitas circulares definidas Debido a su
posicioacuten y movimiento el electroacuten posee energiacutea Asumioacute en su teoriacutea que el
electroacuten se podiacutea encontrar solo a distancias especiacuteficas del nuacutecleo en oacuterbitas
determinadas es decir que la energiacutea del electroacuten estaba ldquocuantizadardquo y por lotanto soacutelo podiacutea tener ciertos valores
-
El aacutetomo de Hidroacutegeno de acuerdo con el modelo de Bohr tendraacute un electroacuten
localizado en una oacuterbita que despende de la energiacutea el electroacuten Las posiciones
cuantizadas posibles del electroacuten se llaman estados de energiacutea o niveles de energiacutea
del electroacuten
- Cuando los electrones se situacutean en el estado de energiacutea cuantizado maacutes bajo
permisible se llaman aacutetomos en estado basal o fundamental cuando el electroacuten
brinca a un nivel maacutes alto se dice que esta excitado y por lo tanto al aacutetomo se le
llama aacutetomo en estado excitado
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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25
Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Ecuaciones quiacutemicas
a) Ecuacioacuten quiacutemica Es la representacioacuten de una reaccioacuten quiacutemica
A2 + 4B 2AB2
b)
Balanceo de ecuaciones (por tanteo)Para balancear una ecuacioacuten quiacutemica se deben colocar coeficientes en los compuestos de
tal forma que se tenga la misma cantidad de elementos en reactivos y productos
Ejemplo
H2 + O2 H2O
Se obtiene la cantidad de elementos tanto de los reactivos como de los productos
2-H-2
2-O-1
El oxiacutegeno no estaacute balanceado por lo tanto se busca un coeficiente que pueda igualar la
reaccioacuten
H2 + O2 2H2O
Se verifica se la reaccioacuten esta balanceada
2-H-4
2-O-2
Ahora el hidroacutegeno es el que se necesita igualarse nuevamente se coloca un coeficiente
2H2 + 02 2H2O
4-H-4
2-O-2
Ecuacioacuten balanceada
Estructura atoacutemica
a) Aacutetomo Es la partiacutecula fundamental de la materia que ya no puede dividirse en
porciones pequentildeas A su vez estaacute formado por subpartiacuteculas llamadas
Neutroacuten Sin carga (+-) se encuentran en el nuacutecleo del aacutetomo
Protoacuten Con carga positiva (+) que se encuentra en el nuacutecleo del aacutetomo
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Electroacuten Con carga negativa (-) que se encuentra girando alrededor del nuacutecleo en
orbitas eliacutepticas
b)
Nuacutemero atoacutemico (Z) Es el nuacutemero de protones en un aacutetomo Tambieacuten es igual al
nuacutemero de electrones siempre y cuando no sea un ion
c) Ion Aacutetomo con carga catioacuten (+) porque pierde electrones anioacuten (-) gana
electrones
d) Nuacutemero de masa (A) Es el nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
e)
Nuacutemero de neutrones Neutrones = A - Z
f) Isoacutetopos son aacutetomos con el mismo nuacutemero atoacutemico pero diferente masa atoacutemica
es decir igual nuacutemero de protones con diferentes nuacutemero de neutrones
g) Caacutelculo de las partiacuteculas subatoacutemicas
11Na23 Protones 11+ Electrones 11- Neutrones A- Z = 23 - 11 = 12deg
MODELOS ATOacuteMICOS
a) Modelo de Dalton
- La materia estaacute compuesta de partiacuteculas diminutas llamadas aacutetomos
- Los aacutetomos son indivisibles y las reacciones quiacutemicas son un reacomodo de ellos
-
Todos los aacutetomos de un elemento son iguales en peso y propiedades
-
Los compuestos se componen de diferentes aacutetomos-
Los aacutetomos se combinan en forma entera y en proporcioacuten de nuacutemeros enteros
pequentildeos
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b) Modelos de Thomson (Budiacuten de pasas El aacutetomo es una esfera de electricidad positiva
en la que estaacuten incrustados corpuacutesculos de electricidad negativa (electrones)
c) Modelos de Rutherford
Proponiacutea que toda la masa de un aacutetomo y la totalidad de la carga positiva estaban
concentradas en un conjunto pequentildeo y denso localizado en el centro del aacutetomo (nuacutecleo)
Alrededor de este nuacutecleo a cierta distancia de eacutel estaban los electrones (como enjambres
cargados negativamente) que haciacutean que la partiacutecula fuera eleacutectricamente neutra aunqueno explicoacute coacutemo podiacutean estar afuera y no ser atraiacutedos por el nuacutecleo
d)
Modelo de Bohr
-
Describioacute al aacutetomo como un nuacutecleo central muy pequentildeo cargado positivamentecon electrones girando alrededor de eacutel en oacuterbitas circulares definidas Debido a su
posicioacuten y movimiento el electroacuten posee energiacutea Asumioacute en su teoriacutea que el
electroacuten se podiacutea encontrar solo a distancias especiacuteficas del nuacutecleo en oacuterbitas
determinadas es decir que la energiacutea del electroacuten estaba ldquocuantizadardquo y por lotanto soacutelo podiacutea tener ciertos valores
-
El aacutetomo de Hidroacutegeno de acuerdo con el modelo de Bohr tendraacute un electroacuten
localizado en una oacuterbita que despende de la energiacutea el electroacuten Las posiciones
cuantizadas posibles del electroacuten se llaman estados de energiacutea o niveles de energiacutea
del electroacuten
- Cuando los electrones se situacutean en el estado de energiacutea cuantizado maacutes bajo
permisible se llaman aacutetomos en estado basal o fundamental cuando el electroacuten
brinca a un nivel maacutes alto se dice que esta excitado y por lo tanto al aacutetomo se le
llama aacutetomo en estado excitado
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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80
Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Electroacuten Con carga negativa (-) que se encuentra girando alrededor del nuacutecleo en
orbitas eliacutepticas
b)
Nuacutemero atoacutemico (Z) Es el nuacutemero de protones en un aacutetomo Tambieacuten es igual al
nuacutemero de electrones siempre y cuando no sea un ion
c) Ion Aacutetomo con carga catioacuten (+) porque pierde electrones anioacuten (-) gana
electrones
d) Nuacutemero de masa (A) Es el nuacutemero de protones maacutes el nuacutemero de neutrones
e)
Nuacutemero de neutrones Neutrones = A - Z
f) Isoacutetopos son aacutetomos con el mismo nuacutemero atoacutemico pero diferente masa atoacutemica
es decir igual nuacutemero de protones con diferentes nuacutemero de neutrones
g) Caacutelculo de las partiacuteculas subatoacutemicas
11Na23 Protones 11+ Electrones 11- Neutrones A- Z = 23 - 11 = 12deg
MODELOS ATOacuteMICOS
a) Modelo de Dalton
- La materia estaacute compuesta de partiacuteculas diminutas llamadas aacutetomos
- Los aacutetomos son indivisibles y las reacciones quiacutemicas son un reacomodo de ellos
-
Todos los aacutetomos de un elemento son iguales en peso y propiedades
-
Los compuestos se componen de diferentes aacutetomos-
Los aacutetomos se combinan en forma entera y en proporcioacuten de nuacutemeros enteros
pequentildeos
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b) Modelos de Thomson (Budiacuten de pasas El aacutetomo es una esfera de electricidad positiva
en la que estaacuten incrustados corpuacutesculos de electricidad negativa (electrones)
c) Modelos de Rutherford
Proponiacutea que toda la masa de un aacutetomo y la totalidad de la carga positiva estaban
concentradas en un conjunto pequentildeo y denso localizado en el centro del aacutetomo (nuacutecleo)
Alrededor de este nuacutecleo a cierta distancia de eacutel estaban los electrones (como enjambres
cargados negativamente) que haciacutean que la partiacutecula fuera eleacutectricamente neutra aunqueno explicoacute coacutemo podiacutean estar afuera y no ser atraiacutedos por el nuacutecleo
d)
Modelo de Bohr
-
Describioacute al aacutetomo como un nuacutecleo central muy pequentildeo cargado positivamentecon electrones girando alrededor de eacutel en oacuterbitas circulares definidas Debido a su
posicioacuten y movimiento el electroacuten posee energiacutea Asumioacute en su teoriacutea que el
electroacuten se podiacutea encontrar solo a distancias especiacuteficas del nuacutecleo en oacuterbitas
determinadas es decir que la energiacutea del electroacuten estaba ldquocuantizadardquo y por lotanto soacutelo podiacutea tener ciertos valores
-
El aacutetomo de Hidroacutegeno de acuerdo con el modelo de Bohr tendraacute un electroacuten
localizado en una oacuterbita que despende de la energiacutea el electroacuten Las posiciones
cuantizadas posibles del electroacuten se llaman estados de energiacutea o niveles de energiacutea
del electroacuten
- Cuando los electrones se situacutean en el estado de energiacutea cuantizado maacutes bajo
permisible se llaman aacutetomos en estado basal o fundamental cuando el electroacuten
brinca a un nivel maacutes alto se dice que esta excitado y por lo tanto al aacutetomo se le
llama aacutetomo en estado excitado
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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b) Modelos de Thomson (Budiacuten de pasas El aacutetomo es una esfera de electricidad positiva
en la que estaacuten incrustados corpuacutesculos de electricidad negativa (electrones)
c) Modelos de Rutherford
Proponiacutea que toda la masa de un aacutetomo y la totalidad de la carga positiva estaban
concentradas en un conjunto pequentildeo y denso localizado en el centro del aacutetomo (nuacutecleo)
Alrededor de este nuacutecleo a cierta distancia de eacutel estaban los electrones (como enjambres
cargados negativamente) que haciacutean que la partiacutecula fuera eleacutectricamente neutra aunqueno explicoacute coacutemo podiacutean estar afuera y no ser atraiacutedos por el nuacutecleo
d)
Modelo de Bohr
-
Describioacute al aacutetomo como un nuacutecleo central muy pequentildeo cargado positivamentecon electrones girando alrededor de eacutel en oacuterbitas circulares definidas Debido a su
posicioacuten y movimiento el electroacuten posee energiacutea Asumioacute en su teoriacutea que el
electroacuten se podiacutea encontrar solo a distancias especiacuteficas del nuacutecleo en oacuterbitas
determinadas es decir que la energiacutea del electroacuten estaba ldquocuantizadardquo y por lotanto soacutelo podiacutea tener ciertos valores
-
El aacutetomo de Hidroacutegeno de acuerdo con el modelo de Bohr tendraacute un electroacuten
localizado en una oacuterbita que despende de la energiacutea el electroacuten Las posiciones
cuantizadas posibles del electroacuten se llaman estados de energiacutea o niveles de energiacutea
del electroacuten
- Cuando los electrones se situacutean en el estado de energiacutea cuantizado maacutes bajo
permisible se llaman aacutetomos en estado basal o fundamental cuando el electroacuten
brinca a un nivel maacutes alto se dice que esta excitado y por lo tanto al aacutetomo se le
llama aacutetomo en estado excitado
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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e)
Modelo de los orbitales
Un orbital atoacutemico es un volumen de espacio cerca de un nuacutecleo atoacutemico en el que es maacutes
probable que se encuentre un electroacuten con una energiacutea especiacutefica permisible
El electroacuten se puede encontrar en diferentes niveles energeacuteticos sin abandonar el protoacuten
o chocar con eacutel a estos niveles energeacuteticos se les designa con los nuacutemeros cuaacutenticos o
paraacutemetro denominados con las letras(n l m s)
3 Configuraciones electroacutenicas Se define como la distribucioacuten maacutes probable y estable (la
energiacutea maacutes baja) de los electrones entre los orbitales disponibles de un aacutetomo
Para realizar las configuraciones electroacutenicas es necesario tomar en cuenta las siguientes
reglas
Conocer el nuacutemero atoacutemico del elemento
La configuracioacuten electroacutenica siguiendo la regla Auf-Bau o regla de las diagonales es
importante reconocer el nuacutemero maacuteximo de electrones de cada uno de los
subniveles s2 p6 d10 f 14
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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28
Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Regla de Hund Si se cuenta con orbitales vaciacuteos de la misma energiacutea se distribuiraacuten
en ellos tan uniformemente como sea posible
En el diagrama energeacutetico los electrones llenan uno por uno los orbitales de energiacutea
maacutes baja y despueacutes los niveles de energiacutea superiores
Los orbitales solo pueden tener dos electrones son spin (giro) opuesto a cada uno
(Principio de exclusioacuten de Pauli) y se representan con flechas
Tomar en cuenta la siguiente tabla de valores para hacer las configuraciones
Niveles de Energiacutea Subniveles de energiacutea Orbitales
1 = K = 2e S = 2e 1
2 = L = 8e S = 2e p=6e 13
3 = M = 18e S = 2e p=6e d = 10e 1 3 54 = N = 32e S = 2e p=6e d = 10e f =
14e1 3 5 7
5 = O = 32e S = 2e p= 6e d = 10e f =14e
1 3 5 7
6 = P = 18e S = 2e p = 6e d = 10e 1 3 5
7 = Q = 8e S = 2e p= 6e 1 3
Historia de la Tabla perioacutedica
Doumlbernier Propuso ordenar a los elementos quiacutemicos en triadas
(Ca Sr Ba Li Na K Cl Br l) De tal manera que el peso del segundo elemento es
el promedio de los otros dos
Newlands Agrupoacute a los elementos en octavas Cuando se agrupan por orden
creciente de su peso atoacutemico el octavo elemento es similar al primero el noveno al
segundo etc
Meyer y Mendeleiev La clasificacioacuten moderna Se le atribuye al segundo la
propuesta que consiste en que cuando los elementos se estudian en orden
creciente de su peso atoacutemico la similitud en las propiedades ocurre
perioacutedicamente ordenando los elementos en columnas llamadas grupos ademaacutes
que para que algunos elementos quedaran en la misma columna dejoacute espacios paraaquellos que todaviacutea no se habiacutean descubierto
Moseley Logroacute asignar a los elementos su nuacutemero atoacutemico resolviendo los
problemas de arreglo en la tabla de Mendeleiev
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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INFORMACIOacuteN GENERAL DE TABLA PERIOacuteDICA
Grupo o familia Son las columnas verticales en la tabla perioacutedica e indican
el nuacutemero de electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea de un elemento
Valencia Se considera como la capacidad de los elementos para combinarsey en dichas combinaciones un elemento quiacutemico puede perder (+) o ganar
electrones (-) para cumplir con la regla del octeto
Regla del octeto En ella se establece que Para que un elemento sea estable
debe de tener 8 electrones en el uacuteltimo nivel de energiacutea (Configuracioacuten
doble)De acuerdo a las definiciones anteriores si se tiene la siguiente
configuracioacuten
1s22s22p2
Este elemento pertenece a la familia IVA y periodo 2 y puede tener valencia +4 o -4 debido
a la familia en la que se encuentra ubicado Es elemento carbono (C )
Ley perioacutedica
Entre los elementos quiacutemicos las propiedades caracteriacutesticas son funciones perioacutedicas de
sus nuacutemeros atoacutemicos
Clasificacioacuten general
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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25
Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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PROPIEDADES FIacuteSICAS Y QUIacuteMICAS DE METALES Y NO METALES
METALES
- Tienen brillo conducen la electricidad y el calor son maleables y duacutectiles sus puntos
de fusioacuten se encuentran por arriba de 350degC son soacutelidos a excepcioacuten del Hg
-
Forman enlaces ioacutenicos con 1 2 3 electrones en la uacuteltima oacuterbita pierden electrones(se oxidan) y se cargan positivamente actuacutean como agentes reductores
- Sus moleacuteculas son monoatoacutemicas Au Cu Hg etc
NO METALES
- Sin brillo son malos conductores de la electricidad y del calor no son maleables niduacutectiles sus puntos de fusioacuten se encuentran por debajo de 350degC existen enestado liacutequido soacutelidos y gaseoso
- Forman enlaces covalentes con 5 6 7 electrones en la uacuteltima oacuterbita al ganar
electrones (se reducen) y se cargan negativamente actuacutean como agentes
oxidantes
- Sus moleacuteculas pueden ser diatoacutemicas O2 CI2 H2 o poliatoacutemicas P5 S8
De acuerdo a la configuracioacuten electroacutenica los elementos se ubican de la siguiente manera
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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CLASIFICACIOacuteN POR FAMILIAS
Representacioacuten Puntual
El grupo o familia indica el nuacutemero de electrones que se encuentra en el uacuteltimo nivel de
energiacutea por lo tanto si un elemento pertenece a la familia IA eacuteste tendraacute un electroacuten en el
uacuteltimo nivel de energiacutea (electrones de valencia) Estos electrones de valencia se pueden
representar a traveacutes de las configuraciones puntuales o estructura de Lewis que consiste
en escribir el siacutembolo del elemento alrededor del cual se colocan los puntos que
representan los electrones de valencia
Ejemplo
Familia Electronesde Valencia
Estructura deLewis
Familia Electronesde
Valencia
Estructura de Lewis
I A 1 Na middot V A 5 middot N
II A 2 middot Mg middot VI A 6 middot O
middot
III A 3 middot B middotmiddot
VII A 7 middotmiddot F
middot IV A 4 middot
middot C middotmiddot
VIII A 8 middotmiddot Ne
middotmiddot
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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27
Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Para representar un compuesto quiacutemico tambieacuten se puede utilizar la estructura de Lewis o
estructura electroacutenica puntual
Ejemplos
La estructura electroacutenica del iodoformo es I
middot
I middot C middot I
middot
H
Estructura electroacutenica del formaldehido o metanal
H
middot
C O
middot
H
ENLACE QUIacuteMICO Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUIacuteMICOS
Regla del Octeto Eacutesta establece que los aacutetomos tienden a perder ganar o compartir
electrones hasta tener 8 electrones en el nivel de energiacutea maacutes externo (configuracioacuten de
gas noble)
Familia ElectronesValencia
ValenciaRepresentativa
IA 1 +1IIA 2 +2IIIA 3 +3
IVA 4 +4 -4VA 5 -3
VIA 6 -2VIIA 7 -1
La valencia representativa indica la cantidad de electrones que ceden ganan o bien pueden
compartir con otros aacutetomos los elementos al formar un compuesto
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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30
Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Enlace quiacutemico Es la fuerza que mantiene juntos a dos grupos de dos o maacutes aacutetomos y hacen
que funcionen como una unidad
Enlace ioacutenico o electrovalente Se forma al unir un metal con un no metal el metal
transfiere a sus electrones al no metal Los compuestos que se forman presentan las
siguientes caracteriacutesticas
Soacutelidos a temperatura ambiente
Presentan estructura cristalina regular
Solubles en agua al solubilizarse conducen la electricidad
Si son insolubles pero fusionables conducen la electricidad
Insolubles son solvente orgaacutenicos
Los puntos de fusioacuten son elevados (mayores de 350degc)
Son inflamables
Ejemplo
Mediante este tipo de enlaces se pueden formar compuestos como sales (KCl BaSO4)
oacutexidos metaacutelicos carbonatos y bicarbonatos
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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67
Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Enlaces covalente Se realiza entre no metales compartiendo parejas de electrones Los
compuestos covalentes tienen las siguientes caracteriacutesticas
Poco solubles en agua
Solubles en solvente orgaacutenicos
Son gases liacutequidos y pocos solidos
Casi todos son combustibles
Puntos de fusioacuten bajos
Incluye praacutecticamente todos los compuestos orgaacutenicos
Ejemplo
Agua alcoholes azuacutecares grasas aceites perfumes la mayor parte de los drogas y
colorantes
Este tipo de enlace se clasifica a su vez en
Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metaacutelicos
diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre aacutetomos
con distintas electronegatividades Son solubles en agua y conducen la electricidad
Ejemplo
Agua (H2O) aacutecido clorhiacutedrico (HCl) etc
Debido a que las moleacuteculas polares tienen centros de cargar positiva y negativa separados
pueden atraerse entre siacute por fuerzas electrostaacuteticas es por ello que tambieacuten a este enlace
se le conoce como dipolo-dipolo
Al mismo tiempo se pueden tener una interaccioacuten dipolo-dipolo inducido cuando el centrode carga positivo de una moleacutecula polar atrae electrones moacuteviles de moleacuteculas no polares
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metaacutelicos
ideacutenticos compartiendo electrones cuya electronegatividad es la misma Sus
compuestos no son solubles en agua y no formar estructuras cristalinas
Ejemplo
Cl2 H2 Br2 etc
Determinacioacuten del enlace de acuerdo con la electronegatividad Se puede obtener
el tipo de enlaces de los compuestos a traveacutes de la diferencia de
electronegatividades de los elementos de la siguiente manera
Si la diferencia es mayor de 17 es un enlace ioacutenico
Si la diferencia es menor de 17 en un enlace covalente polar
Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar
Iones monoatoacutemicos y poliatoacutemicos
- Iones monoatoacutemicos Los iones son el resultado de la peacuterdida o ganancia de los
electrones por los aacutetomos
Ejemplos
Na+1 Ca+2 F⁻1 Cl⁻1
Los iones poliatoacutemicos son un grupo de dos o maacutes aacutetomos unidos covalentemente que
tienen carga eleacutectrica
Ejemplos
NH4+1 PO4
-3 NO2-1 SO4
-2
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Nomenclatura de compuestos inorgaacutenicos
a) Formacioacuten de compuestos
Para escribir la foacutermula primero se escribe el catioacuten despueacutes del anioacuten
Catioacuten (+) Anioacuten (-)
Cuando las valencias son iguales se eliminan Mg+2 + O-2 = MgO
Valencias diferentes se cruzan y se colocan como subiacutendices
Al+3 + O-2 = Al2O3
Cuando los elementos que actuacutean como anioacuten son 2 o maacutes se encierran en un
pareacutentesis para que el subiacutendice del catioacuten modifique a los 2 elementos
Al+3 + OH-1 = Al (OH)3
Otro tipo de compuestos de tipo inorgaacutenicos son aacutecidos y sales entre otros
Para la formacioacuten de este tipo de compuestos pude utilizarse la tabla de cationes y anionesque se presenta a continuacioacuten
b)
Nomenclatura sistemaacutetica Cuando los elementos tienen maacutes de un nuacutemero de oxidacioacuten
debe sentildealarse de cual se estaacute ocupando en el compuesto existen dos terminaciones oso
para la valencia maacutes pequentildea e ico para la valencia mayor
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Ejemplo
Cu1+ + O-2 - Cu2O oacutexido cuproso
Cu+2 + O-2 Cu2O oacutexido cuacuteprico
c) Nomenclatura stock Esta nomenclatura se utiliza para compuestos formados por
metales con diferentes nuacutemeros de oxidacioacuten donde se coloca entre pareacutentesis y
con nuacutemero de oxidacioacuten del metal
Ejemplo
Cu1+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre I
Cu2+ + O-2 Cu2O oacutexido de cobre II
d)
Nomenclatura de compuestos no metal-no metal (prefijo)
Este es otra forma de nombrar a los compuestos formados por no metales donde se coloca
el prefijo de nuacutemero que indique la cantidad de aacutetomos de cada elemento que forman al
compuesto
Ejemplo P4S7 heptasulfuro de tetrafoacutesforo
7 4
Los prefijos de uso comuacuten para este tipo de compuestos son
Cantidad deaacutetomos
Prefijos
1 mono2 bi o di
3 tri4 tetra
5 penta
6 hexa7 hepta
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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31
EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Ejemplos de compuestos inorgaacutenicos
TIPO DE COMPUESTO FOacuteRMULA NOMBREOacutexido metaacutelico Fe2O3 Oacutexido de hierro III
Oacutexido no metaacutelico o anhiacutedrido CO2 Dioacutexido de carbono o Anhiacutedrido
carboacutenicoHidroacutexidos o bases Ca(OH)2 Hidroacutexido de calcioAacutecidos HCl
HClOAacutecido clorhiacutedricoAacutecido hipocloroso
Sales NaClNaClO2
Cloruro de sodioClorito de sodio
FORMAS DE LAS MOLEacuteCULAS Las propiedades y el comportamiento de las moleacuteculas estaacuten
relacionadas con su forma De tal manera que la forma de una moleacutecula es la distribucioacuten
espacial de los aacutetomos dentro de ella
PROPIEDADES PERIOacuteDICAS DE LOS ELEMENTOS
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un aacutetomo para atraer electrones en unenlace
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha (se produce al aumentar
la carga nuclear y el nuacutemero de electrones presentes en el uacuteltimo nivel) La
electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos (se debe al
aumento de la distancia del nuacutecleo a los electrones de enlace la fuerza de
atraccioacuten disminuye)
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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76
Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Los metales poseen electronegatividades bajas
Los no metales poseen electronegatividades altas
El fluacuteor es el aacutetomo maacutes pequentildeo del grupo VII tiene la electronegatividad maacutesalta de todos los elementos el francio es el aacutetomo maacutes grande del grupo I tiene
la electronegatividad maacutes pequentildea
Entre los metales de transicioacuten se observa discrepancias pero son maacutes o menos
constantes
Tabla de electronegatividades de Pauling
Ejemplos
De los siguientes elementos sentildealar cual es el maacutes electronegativo
Ca Cl Cd Cu Ba
Si se observa la tabla de electronegatividades notaremos que el Cl se encuentra a la
derecha y arriba de los demaacutes elementos quiacutemicos asiacute que eacuteste seraacute el elemento maacutes
electronegativo
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Potencial de ionizacioacuten (energiacutea de ionizacioacuten) Es la cantidad de energiacutea requerida para
quitar un electroacuten a un aacutetomo neutro del elemento en un estado gaseoso
Ionizacioacuten Es el proceso de remover un electroacuten de un aacutetomo neutro
K K+1 + 1 e-1
Las energiacutea de ionizacioacuten de los elementos tienden a disminuir de arriba hacia abajo en un
grupo determinado y aumentan de izquierda a derecha en un periacuteodo se mide en unidades
llamadas caloriacuteas
Radio atoacutemico Es la distancia desde el centro del nuacutecleo al electroacuten maacutes externo Se mide
en Angstrom (10-10 m)
El radio atoacutemico decrece de izquierda a derecha en un mismo periodo y aumenta de arriba
hacia abajo en un grupoEjemplo
En la familia II A el radio atoacutemico del Berilio es menor que el del Magnesio y eacuteste menor que
el del Calcio
El periodo dos el radio atoacutemico del Litio es mayor que el del Berilio este maacutes grande que el
del Boro y eacuteste uacuteltimo mayor al del Carbono (Observa la tabla)
Nuacutemero de oxidacioacuten Indica la capacidad de combinacioacuten de los elementos es decir los
electrones que se pueden perder ganar o compartir al formar un compuesto Para poder
obtener el nuacutemero de oxidacioacuten se tienen las siguientes reglas
Los elementos de la familia IA IIA IIIA siempre trabajan con +1 +2 +3
respectivamente
Recordar que los compuestos deben tener nuacutemero de oxidacioacuten total a cero
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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32
Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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EL Hidroacutegeno trabaja casi siempre con -1 y el oxiacutegeno con -2
Ejemplo
+1 iquest -2
H2SO4 H2 S O4
1X 2 = 2 +6 -2 X 4 = -8
Por lo tanto el nuacutemero de oxidacioacuten del S en este compuesto seraacute +6
TEORIacuteA CINEacuteTICA DE LOS GASES
Un gas consta de un nuacutemero extremadamente grande de partiacuteculas diminutas en un
estado de movimiento constante caoacutetico y totalmente al azar Estas partiacuteculas son muy duras y perfectamente elaacutesticas (cuando chocan no hay
perdidas de energiacutea)
Entre una colisioacuten y otra las partiacuteculas se mueven en liacutenea recta (no existe fuerza de
atraccioacuten entre ellas)
Los movimientos de cada partiacutecula obedecen a todas las leyes de la mecaacutenica claacutesica
Ley de Boyle A temperatura constante el volumen de un gas es inversamente proporcional
a la presioacuten es decir si se aumenta la presioacuten de un gas el volumen disminuye
VP = constante Foacutermula P1V1 = P2V2
P = presioacuten (atm) V = volumen (l)
Ley de Charles A presioacuten constante el volumen de un gas es directamente proporcional a
la temperatura
= Foacutermula V1 T1 = V2 T2
T = temperatura (degK) V = volumen (l)
Ley Gay-Lussac A volumen constante la presioacuten de un gas es directamente proporcional ala temperatura
= Foacutermula P1 T1= P2 T2
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Ley general de los gases
(P1 V1) T1 = (P2V2) T2
Ley de los gases ideales
En relacioacuten con el nuacutemero de moles del gas PV = nRT
P = presioacuten (atm) n = nuacutemero de moles T = Temperatura en grados Kelvin V = Volumen (l)
R = coeficiente 0082 atm l degK mol
En funcioacuten de la densidad del gas
P (PM) = DRT
P = presioacuten (atm)
D = densidad (gl)
T = temperatura (k)PM = peso molecular (gmol)
R = 0082 atm l k mol
Ejemplos
-
Un gas se encuentra en las siguientes condiciones = 30degK P = 6 atm V= 3 l De
acuerdo con los datos anteriores iquestCuaacutel seraacute el nuacutemero de moles en este gas
PV = nRT Despejando =
Sustituyendo =( )()
(
) ( deg)= 731
-
iquestCuaacutel seraacute la densidad del metano a 17 atm y 30degC si su peso foacutermula es de 16
gmol
Foacutermula = P (PM) = DRT Despejando =()
Antes de la sustitucioacuten de datos se deberaacute convertir la temperatura a degKelvin 30degC = 303degK
Sustituyendo =
( )(
)
( )() = 1094
Ley de Avogadro
A TPN (Temperatura y presioacuten normales 1 atm y 273degk)
1 mol de un gas ideal ocupa un volumen de 224 l
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Ley de las presiones parciales
Se define como presioacuten parcial la presioacuten que ejerce un componente determinado de una
mezcla de gases
Por lo tanto la presioacuten total de una mezcla es la suma de las presione parciales de los
componentes de la mezcla
PT = P1 + P2 + P3
Ejemplo
Una mezcla de O2 y N2 se encuentra dentro de un tanque bajo las siguientes condiciones
V = 178 l T = 23degC iquestCuaacutel seraacute la presioacuten del O2 si la mezcla contiene 05 de mol de N2 y
ejerce una presioacuten total de 15 atm
Resultado
Primero se calcula la presioacuten parcial del N2 dentro del recipiente utilizando la ley de gases
ideales
=(05 )(082 )(296 )
178
Utilizando la ley de las presiones parciales y sabiendo que la presioacuten total de la mezcla es
de 15 atm por diferencia se obtiene la presioacuten parcial del O2
PT = PN₂ + PO₂
PO2 = 15 atm - 068 atm = 081 atm
Estequiometriacutea es el caacutelculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos
en el transcurso de una reaccioacuten quiacutemica Se considera tambieacuten como la relacioacuten de masas
que existen entre los compuestos en las reacciones quiacutemicas
a)
Problemas estequiomeacutetricos
I Balancear la ecuacioacuten
II Interpretar los coeficientes estequiomeacutetricos
2 H2 + O2
2H2O2 mol de H2 reaccionan con un mol de O2 y dan por resultado 2 mol de H2O
III Calcular la cantidad de moles que reaccionan o que producen en la reaccioacuten de
cada especie si es necesario hacer conversiones de mol a gramos gramos a mol
ocupar las leyes de los gases (Avogadro y gases ideales) para convertir mol a
litros o litros a mol
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Ejemplos
Mol-Mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 y cuantos mol de H2O se
obtienen de la siguiente de la reaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione O2 es de 10 mol
Mol-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguientereaccioacuten
2 H2 + O2 2H2O
Se hace una regla de tres
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
De tal manera que la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en g se realiza una conversioacuten
N =
Se despeja ldquomrdquo m = n (PM)
m = 10 mol H2 (2 gmol H2) = 20 g de H2
Masa-mol
iquestCuaacutentos mol de H2 se necesitan para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
2H2 + O2 2H2O
Se convierten en los gramos a mol
=
=
= 2 2
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Se aplica una regla de tres por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccione
el O2 es de 4 mol
Masa-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2 se necesita para que reaccionen 64 g de O2 en la siguiente reaccioacuten
Se obtiene los pesos moleculares de las especies involucradas
PM H2 2 g mol
PM O2 32 g mol
Se hace una regla de tres donde se involucran el peso molecular de cada una de las especies
4 g de H2 32 g de O2
X = 64 g de O2
Se necesitan 8 g de H2 para que reaccione 64 g de O2
Mol-volumen
iquestCuaacutentos litros de H2 se necesitan para que reaccionen 5 mol de O2 en la siguiente reaccioacuten
a una temperaura de 273degK y 1 atm de presioacuten
2 mol de H2 1 mol de O2
X = 5 mol de O2
Por lo tanto la cantidad de H2 que se requiere para que reaccionen el O2 es de 10 mol
Como el resultado se pide en litros se hace una conversioacuten utilizando la Ley de Avogadro
por tener condiciones normales de temperatura y presioacuten donde 1 de cualquier gas a CNPT
tiene un volumen de 224 l
1 mol de gas 224 l
10 mol de H2 x = 224 l de H2
Se necesitan 224 litros de H2 para que reaccionen 5 mol de O2
Volumen-masa
iquestCuaacutentos gramos de H2O se obtendraacuten al hacer reaccionar 50 litros de O2
2 H2 + O2 2H2O
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Utilizando la ley de Avogadro se tiene la siguiente regla de tres
224 l de O2 36 g de H2O
50 l de O2 x =
Por lo tanto con 50 litros de O2 se obtienen 8035 gramos de H2Ob) Porcentaje de rendimiento en una reaccioacuten
En el inciso anterior se calculoacute la cantidad la cantidad de producto que se puede obtener en
una reaccioacuten teoacutericamente (rendimiento teoacuterico) pero en la praacutectica existe el rendimiento
real por tal motivo se obtiene el rendimiento porcentual para poder evaluar la eficiencia
de un proceso
Rendimiento Porcentual = rendimiento real rendimiento teoacuterico X 100
Ejemplo
iquestCuaacutel es el rendimiento de la siguiente reaccioacuten si se obtuvieron 165 g de H2O a partir de 5
mol de O2
Se lleva a cabo los caacutelculos estequiomeacutetricos correspondientes se obtienen 180g de H2O
Ahora se hace el caacutelculo del rendimiento porcentual
Rendimiento porcentual = 165g 180 g X 100 = 916
TERMODINAacuteMICA
Cuando hay una reaccioacuten quiacutemica ocurre generalmente hay un cambio en la temperatura
de los compuestos quiacutemicos y del recipiente donde se efectuacutea la reaccioacuten Si la temperatura
aumenta se dice que la reaccioacuten es exoteacutermica si la temperatura disminuye se dice que es
endoteacutermica
La termodinaacutemica es el estudio y medida de la energiacutea transferida como calor cuando
ocurre una reaccioacuten quiacutemica
Leyes de la termodinaacutemica
a) Ley cero de la Termodinaacutemica o Ley de equilibrio teacutermico Si un sistema
estaacute en equilibrio teacutermico con otro sistema y eacuteste segundo esta en
equilibrio teacutermico con un tercero entonces el primero y el tercero
tambieacuten estaacuten en equilibrio teacutermico
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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b)
Primera ley de la termodinaacutemica o Ley de la conservacioacuten de la energiacutea
La energiacutea no se crea ni se destruye solo se transforma
ΔE = q ndash w
ΔE energiacutea interna (variacioacuten de energiacutea)
q calorw trabajo
Si q = positiva (+) cuando el sistema absorbe calor (endoteacutermica)
Negativa (-) cuando el sistema pierde calor (exoteacutermica)
Si w = positiva (+) cuando el sistema efectuacutea un trabajo un trabajo
Negativa (-) cuando el trabajo se efectuacutea sobre el sistema
c) Segunda ley de la Termodinaacutemica Cuando se verifica un cambio
espontaacuteneo en cierto sistema se produce un aumento de la entropiacutea (ΔS)
del universo La entropiacutea (S) es el grado de desorden o caos de un
sistema
d)
Tercera ley de la Termodinaacutemica Un cristal perfecto a 0degK tiene un ordenperfecto por lo tanto la entropiacutea es igual a cero
e)
Calor de reaccioacuten Es el intercambio de energiacutea en una reaccioacuten quiacutemicatambieacuten llamado intercambio de entalpiacutea La entalpiacutea (ΔH) es la cantidad
de calor involucrado en una reaccioacuten quiacutemica a presioacuten constante
Se calcula como H = E + PV
Estequiometriacutea y cambios de energiacutea
El calor de reaccioacuten puede relacionarse con el reactivo o con el producto Asiacute es posible
relacionar el calor con la cantidad molar de cada variedad
Ejemplo 1
iquestCuaacutentas kilocaloriacuteas se producen cuando 153 moles de gas oxigeno reaccionan con
suficiente metano mediante la siguiente reaccioacuten
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + 192 kcal
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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80
Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Para resolver el problema anterior es necesario seguir los siguientes pasos
I Balancear la ecuacioacuten
II
Identificar los coeficientes estequiomeacutetricos
III
Hacer una regla de tres
2 mol de O2 192 kcal
153 mol O2 x =
Se producen 14688 kcal al reaccionar 153 mol O2
Ejemplo 2
Se pone a reaccionar Cloro con 87 gramos de gas Hidroacutegeno cuyo peso foacutermula es de
202 gmol producieacutendose aacutecido clorhiacutedrico a PTE (presioacuten y temperatura estaacutendar) y
liberando 150 kcal de energiacutea iquestCuaacutel es el cambio estaacutendar para la siguiente reaccioacuten
Cl2 + H2 2 HCl
Se realiza el caacutelculo mediante una regla de tres
102 g de H2 150 kcal
87 g de H2 x =
Por lo tanto con 87 gramos de hidroacutegeno se liberan 64603 kcal
Ejemplo 3
iquestCuaacutentas caloriacuteas se requeriraacuten para vaporizar 54 g de aacutecido aceacutetico si Hvap = 968 calg
Se resuelve utilizando una regla de tres
968 cal 1 g
X = 54 g
Por lo tanto se requiere de 52272 cal o 52272 kcal
LIacuteQUIDOS Y SOacuteLIDOS
Moleacuteculas polares Una moleacutecula polar es una moleacutecula en la cual hay una separacioacuten neta
de los centros de carga positiva y negativa
Moleacutecula no polar Es aquella que no presenta una separacioacuten de carga las
electronegatividades no son diferentes Cuando hay una distribucioacuten simeacutetrica de las cargas
la moleacutecula se vuelve no polar aunque las electronegatividades de los aacutetomos sean
diferentes
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Atraccioacuten molecular Las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten no son lo suficientemente
fuertes como los enlaces quiacutemicos pero son los responsables de las propiedades de los
soacutelidos y liacutequidos
La atraccioacuten de las moleacuteculas no polares ocurre cuando los electrones de una moleacutecula son
atraiacutedos momentaacuteneamente por el nuacutecleo de otra moleacuteculaEn las moleacuteculas polares hay atraccioacuten si son polos opuestos o repulsioacuten si son polos
iguales
Estado liacutequido Las moleacuteculas aacutetomos o iones que se unen al azar en forma cercana y
dinaacutemica que al moverse chocan entre siacute sin peacuterdida de energiacutea El estado liacutequido se
presenta cuando las fuerzas de atraccioacuten entre las moleacuteculas superan a las fuerzas del
movimiento cineacutetico
a)
Propiedades de los liacutequidos Viscosidad Resistencia de un liacutequido a fluir
Tensioacuten superficial Las moleacuteculas de la superficie de un liacutequido son atraiacutedas
uacutenicamente por las moleacuteculas que se encuentran debajo y junto a ellas por
lo tanto las moleacuteculas de la superficie son atraiacutedas hacia el interior del liacutequido
generando una especie de red llamada tensioacuten superficial
Forma No tiene una forma definida adopta la forma del recipiente que lo
contiene
Comprensibilidad Los liacutequidos son incompresibles ya que entre las
moleacuteculas hay muy poco espacio libre Esta propiedad se utiliza en lossistemas hidraacuteulicos
Evaporacioacuten Las energiacuteas cineacuteticas de las moleacuteculas de un liacutequido tienden a
oponerse a las fuerzas de atraccioacuten Algunas moleacuteculas que poseen
suficiente energiacutea cineacutetica y estaacuten sobre o cerca de la superficie del liacutequido
pueden liberarse de las fuerzas de atraccioacuten de las otras moleacuteculas y escapar
hacia el estado de vapor
Presioacuten de vapor Cuando se tiene un liacutequido en un recipiente sellado la
evaporacioacuten de las moleacuteculas de liacutequidos y la condensacioacuten de las moleacuteculas
de vapor ocurre de forma continua Cuando se igualan las velocidades de
vapor y condensacioacuten el vapor ejerce una presioacuten especiacutefica llamada presioacutende vapor del liacutequido
Los liacutequidos tambieacuten se pueden describir de acuerdo con su volatilidad o
facilidad para evaporarse Se dice que un liacutequido es volaacutetil cuando su presioacuten
de vapor es alta por ejemplo los aceites pesados son no volaacutetiles el agua es
moderadamente volaacutetil y el disulfuro de carbono es altamente volaacutetil
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Ejemplo 1
iquestQueacute liacutequido de los siguientes tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja cuando se encuentre a
una temperatura de 20 deg C
Agua destilada
Disulfuro de carbono
Mercurio
Metanol
En este caso el mercurio es el liacutequido que no se volatiza a esta temperatura por lo que es el
que tendraacute la presioacuten de vapor maacutes baja
Ebullicioacuten Un liacutequido hierve o presenta ebullicioacuten cuando la presioacuten de vapor del
liacutequido es igual a la presioacuten atmosfeacuterica a la que es sometido La temperatura en la
que la presioacuten de vapor del liacutequido y la presioacuten atmosfeacuterica son iguales se les llama
punto de ebullicioacuten
El proceso de ebullicioacuten de un liacutequido separacioacuten y condensacioacuten de los vapores se
llama destilacioacuten La destilacioacuten se emplea para separar liacutequidos con diferentes
volatilidades y para purificar liacutequidos contaminados con impurezas no volaacutetiles
Estado soacutelido
Cuando un liacutequido se enfriacutea el movimiento cineacutetico de las partiacuteculas disminuye y las fuerzas
de atraccioacuten se vuelven dominantes por lo tanto las partiacuteculas empiezan a ocuparposiciones fijas en el espacio siguiendo un patroacuten tridimensional cuando esto ocurre se
dice que el liacutequido cambia al estado soacutelido y recibe el nombre de solidificacioacuten
cristalizacioacuten o congelacioacuten
El estado soacutelido cristalino Se caracteriza por una distribucioacuten tridimensional fija en el
espacio debido a las fuerzas de atraccioacuten sin embargo estas partiacuteculas todaviacutea poseen
energiacutea cineacutetica por lo que se considera que estaacuten vibrando en torno a sus posiciones en la
red cristalina Este movimiento vibratorio permite la transferencia de energiacutea cineacutetica a
traveacutes del soacutelido
Punto de fusioacuten es la temperatura en la cual ocurre la transicioacuten del estado soacutelido a liacutequido
toda sustancia pura tiene un punto de fusioacuten uacutenico
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Tipos de soacutelidos
La naturaleza de las partiacuteculas que ocupan las posiciones en la red cristalina determina la
naturaleza del soacutelido las partiacuteculas pueden ser iones aacutetomos o moleacuteculas el arreglo de
estas dependeraacute de la fuerza de atraccioacuten formas y dimensiones de las partiacuteculas
Por tal motivo algunos soacutelidos son suaves o flexibles quebradizos riacutegidos y resistentes etcEn la siguiente tabla se muestran algunos tipos de soacutelidos asiacute como sus caracteriacutesticas
Tipo de cristal Caracteriacutesticas Propiedades Ejemplos
Cristales ioacutenicos
Al estar formado por aniones ycationes de distinto tamantildeo lasfuerzas de cohesioacuten son debidas aenlaces ioacutenicos por lo que laenergiacutea del enlace oscila en torno alos 100 KJmol
Duros y fraacutegiles
Elevado punto de fusioacuten
Buenos conductores del calor y laelectricidad
Al2O3
NaClBa Cl2 SalesSilicatos
Cristales
covalentes
Las fuerzas de cohesioacuten sondebidas a enlaces covalentes por
lo que las uniones presentanenergiacuteas del orden de 1000 KJmol
DurosIncompresibles
Malos conductores del calor y laelectricidad
GrafitoDiamante
Cuarzo(SiO2)
Cristalesmoleculares
Constituidos por moleacuteculas lasfuerzas de cohesioacuten son debidas apuentes de hidroacutegeno y fuerzas deVan der Waals que son deintensidades reducidas Por eso suenergiacutea de cohesioacuten es de 1 KJmol
BlandosCompresiblesBajo punto de fusioacutenMalos conductores del calor y laelectricidad
SO2
I2
H2O (hielo)
Cristalesmetaacutelicos
Cada punto de masas lo constituyeun aacutetomo de metalLos electrones estaacutendeslocalizados movieacutendose por
todo el cristal
Buena resistencia ante esfuerzosexternosBuenos conductores del calor y laelectricidad
LiCaNa
Cambios de energiacutea en los cambios de fase (fusioacuten y solidificacioacuten)
Calor de fusioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para convertir una
cantidad de un soacutelido a un liacutequido Los soacutelidos puros poseen calor de fusioacuten uacutenica Los
calores de fusioacuten se expresan en calg
Ejemplo Calor de fusioacuten del hielo 797 calg
Problema
iquestCuaacutel es el calor de fusioacuten de un mol de agua
(797 calg)(1802 g1 mol H2O)= 1436 calmol
Por lo tanto la fusioacuten del hielo se representa
1436 cal + H2O(s) H2O(l)
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Calor de cristalizacioacuten Es la cantidad de calor que se desprende cuando solidifica cierta
cantidad de liacutequido a una temperatura especiacutefica Debido a que la cristalizacioacuten o
solidificacioacuten es el proceso inverso a la fusioacuten el calor de fusioacuten y de cristalizacioacuten es el
mismo
Por lo tanto la congelacioacuten del agua se representa
H2O(l) H2O(s) + 1436 cal
Problema Una muestra de 100gr de H2O se congela a 0degC iquestCuaacutentas caloriacuteas se
desprendieron
100g (1 mol H2O18 g) (1436 calmol) = 7977 cal
Punto de congelacioacuten Es la temperatura en que un liacutequido se convierte en soacutelido
Punto de fusioacuten Es la temperatura a la que un soacutelido se convierte en liacutequido
CAMBIOS DE ENERGIacuteA EN LA EBULLICIOacuteN Y EN LA CONDENSACIOacuteN
Calor de vaporizacioacuten Se considera como la cantidad de energiacutea necesaria para pasar una
cantidad de liacutequido a vapor Cabe aclarar que cada liacutequido tiene su propio y uacutenico calor de
vaporizacioacuten Ejemplo El calor de vaporizacioacuten del agua en forma liacutequida a 100degC es de
540 calmol o 972 kcalmol de H2O Por ello la evaporacioacuten del agua se representa de la
siguiente manera
972 kcal + H2O(l) H2O(g)
Calor de condensacioacuten Es a la cantidad de energiacutea que se desprende cuando una cantidad
de vapor se condensa a determinada temperatura Siendo eacuteste el proceso inverso de la
evaporacioacuten el calor de condensacioacuten es el mismo que el de vaporizacioacuten Por lo tanto la
condensacioacuten del vapor de agua a 100degC se representa de la siguiente manera
H2O(g) H2O(l) + 972 kcal
Problema iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para evaporar 300 g de agua a 100degC
Solucioacuten (300g) (540 calg) = 162 000 cal
Calor especiacutefico Es el nuacutemero de caloriacuteas necesarias para cambiar la temperatura de un
gramo de una sustancia un grado Celsius Los calores especiacuteficos de algunas sustancias
puras son uacutenicas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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80
Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Sustancia Calorespeciacutefico(calg degC)
Agua 1Helio 05
Aluminio 0217Hierro 0113
Mercurio 0033
El calor especiacutefico se calcula como la razoacuten entre la capacidad caloriacutefica de una sustancia y
su masa Se utiliza la siguiente foacutermula Ce =
(₂minus₁)
Ce = calor especiacutefico Q= cantidad de calor (cal) m = masa
T1 = temperatura inicial (degC) T2 = temperatura final (degC)
La caloriacutea es la unidad que se emplea para medir el calor se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua (de
145degC a 155degC)
Ejemplo iquestCuaacutentas caloriacuteas se necesitan para cambiar la temperatura de 30g de agua de
28degC a 30degC Foacutermula Ce =
(₂minus₁) despejando Q = (m Ce) (T2 ndash T1)
Al sustituir se obtiene Q = (30g) (1 calgdegC) (30degC ndash 28degC) = 60 cal
SOLUCIONES Y DISPERSIONES COLOIDALES
Solucioacuten Es una mezcla monofaacutesica de dos o maacutes componentes (soluto y solvente) en las
cuales las partiacuteculas se mezclan a nivel atoacutemico molecular o ioacutenico manteniendo sus
propiedades iniciales ya que su unioacuten es uacutenicamente fiacutesica
Sus caracteriacutesticas son
-
Transparentes
- Incoloras o coloridas
-
Las fases no se pueden separar por filtracioacuten
-
El tamantildeo de la partiacutecula del soluto fluctuacutea de 05 a 25 Ǻ (Armstrong)
-
Sus partiacuteculas se encuentran en constante movimiento
- No sedimentas las partiacuteculas
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44
a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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45
Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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a) Solvente o disolvente La sustancia que tiene la misma fase que la solucioacuten
resultante y que se encuentra en mayor proporcioacuten
b) Soluto La sustancia disuelta en el solvente y que se presenta en menor proporcioacuten
Tipos de soluciones
a) Por el tipo de solvente
De acuerdo con el estado de la fase dispersora se pueden tener distintos tipos de
soluciones
Fasedispersorasolvente
Fasedispersante
soluto
Ejemplo
SoacutelidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
AleacionesAmalgamas
Aire en acero
LiacutequidaSoacutelido
LiacutequidoGaseoso
Agua de marAlcohol 96deg
Bebidas gaseosas
Gaseoso
Soacutelido
LiacutequidoGaseoso
Humo
NieblaAire atmosfeacuterico
b)
Por su solubilidad (soluciones cualitativas) Es la cantidad de sustancia que se
puede disolver en una cantidad determinada de solvente a temperatura especiacutefica
se clasifican en
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Soluciones saturadas En la cual el soluto disuelto y el soluto no disuelto estaacuten en
equilibrio dinaacutemico Contiene la cantidad maacutexima de soluto que puede disolverse
en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura determinada
Soluciones no saturadas Contiene menos soluto que el que puede contener una
solucioacuten saturada a una temperatura determinada
Soluciones sobresaturadas Contienen maacutes soluto que las saturadas a una
temperatura determinada en muchas ocasiones ya no se puede disolver
Caacutelculo de concentraciones (soluciones cuantitativas)
a) Solucioacuten porcentual (mm mv vv)
=
oacute 100
Masa de la solucioacuten = masa del soluto + masa del solvente
Ejemplo
iquestQueacute cantidad de alcohol se encontrara en una botella de vino de 250ml al 40
Soluto = () Solucioacuten 100
Soluto = (40) (250ml)100ml = 100ml de alcohol
c)
Molaridad (M) Es la relacioacuten de nuacutemero de moles de soluto al volumen total de la
solucioacuten
=uacute
oacute =
() ()
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol) V = volumen (l)
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Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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46
Ejemplo iquestQueacute concentracioacuten molar tendraacute 800ml de solucioacuten de NaCl preparada con 20 g
de esta sal
M = 20g (585 gmol) (08l) = 042moll
d)
Fraccioacuten molar Es el nuacutemero de moles de un componente especiacutefico de la solucioacuten
dividido entre el nuacutemero total de moles de toda la sustancia
=
⋯
Ejemplo
Una solucioacuten compuesta de dos moles de agua y tres moles de etanol tiene una fraccioacuten
mol de agua de
(₂)2 ₂
2 ₂ 3 ₂₅= 06
e) Molalidad Es el nuacutemero de moles de soluto por 1000 g del disolvente
acute =uacute
=
Es igual a macute =
( )
m = masa (g) PM = peso molecular (gmol)
Ejemplo
iquestQueacute concentracioacuten molal tendraacuten 100 g de solucioacuten preparada con 20 g de MgSO4 y 80 g
de H2O
macute = g de MgSO
( frasl de MgSO
)(kg de H
O)
macute = 207 mol de MgSO4 kg H2O
f)
Dilucioacuten En algunas operaciones rutinarias se manejan soluciones diluidas el
proceso de dilucioacuten es de distribuir una cantidad de soluto en un volumen mayor de
solucioacuten cuando una solucioacuten concentrada se diluye agregando disolvente el
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47
nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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nuacutemero de moles de soluto en la mezcla permanece constante es decir el nuacutemero
de moles del soluto en la solucioacuten concentrada es igual al nuacutemero de moles en la
solucioacuten diluida MiVi = Mf Vf
Ejemplo
iquestQueacute cantidad debe agregarse a 25 ml de una solucioacuten 05 M de KOH para obtener una
solucioacuten de concentracioacuten 035 M MiVi = Mf Vf Vf = MiViMf
Mi = 05 M Mf = 035 MVi = 25 ml Vf = Vf = (05 M) (25ml) 035 M = 357
Propiedades coligativas
Las propiedades quiacutemicas de solventes cambian al combinarse con los solutos estos
cambios dependeraacuten de la concentracioacuten del soluto y no de la naturaleza del mismo a estas
propiedades se les llama coligativas entre las que se destacan
a) Reduccioacuten de la presioacuten de vapor Cuando un soluto no volaacutetil se disuelve en un
disolvente liacutequido las partiacuteculas del soluto ocupan el espacio de las del disolvente
disminuyendo la presioacuten del vapor La presioacuten de vapor de una solucioacuten siempre es
menor con respecto a la del disolvente puro
b) Incremento del punto de ebullicioacuten La temperatura a la cual hierva una solucioacuten es
maacutes alta que la del disolvente puro si el soluto no es volaacutetil Debido a la disminucioacuten
de la presioacuten de vapor que no puede igualar la presioacuten atmosfeacuterica
c) Reduccioacuten del punto de congelacioacuten La adicioacuten de partiacuteculas del soluto abaten la
presioacuten de vapor la presioacuten del liacutequido y del soacutelido seraacuten iguales a baja temperatura
por lo tanto las soluciones se congelan a menor temperatura que el disolvente puro
d) Presioacuten osmoacutetica y oacutesmosis
Oacutesmosis Es el paso de un solvente a traveacutes de una membrana semipermeable
Presioacuten osmoacutetica Es la presioacuten que se ejerce en la solucioacuten con mayor
concentracioacuten cuando se igualan las concentraciones deja de fluir el solvente La
absorcioacuten del agua en aacuterboles y plantas se debe a este fenoacutemeno
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Soluciones dinaacutemicas
a) Proceso de disolucioacuten En la disolucioacuten se rompen enlaces quiacutemicos o se
interrumpen las atracciones moleculares y aparecen nuevas atracciones entre las
partiacuteculas por ejemplo el agua disuelve faacutecilmente muchas sustancias ioacutenicas
debido a la fuerte interaccioacuten entre los iones y las moleacuteculas polares La velocidad
de disolucioacuten puede ser afectada por
Estado de la fase soacutelida Cuanto mayor sea el contacto entre las dos fases
maacutes raacutepido ocurriraacute el proceso de disolucioacuten es decir el soacutelido entre maacutes
dividido este faacutecilmente estaraacute en contacto con el solvente
Temperatura Las sustancias disuelven maacutes raacutepido a alta temperatura
b) Equilibrio dinaacutemico
Cristalizacioacuten El soluto disuelto y las partiacuteculas del solvente se encuentran en
constante movimiento en la solucioacuten como consecuencia algunas partiacuteculas del
soluto emigran convirtieacutendose en soluto no disuelto a esta nueva formacioacuten del
soluto se le conoce como cristalizacioacuten
Equilibrio dinaacutemico Es el equilibrio entre la velocidad de cristalizacioacuten y la de
disolucioacuten ya que ocurren al mismo tiempo el equilibrio solo se logra si la
temperatura es constante
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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65
Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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67
Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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c)
Conductividad eleacutectrica de las soluciones acuosas Algunas sustancias se disuelven
formando iones (aacutetomos con carga) los iones pueden ser negativos (aniones) o
positivos (cationes) estos pueden conducir el flujo eleacutectrico a traveacutes de un sistema
donde se involucran electrodos (metales con carga) hacia donde emigran los iones
estos metales se conectan a una bateriacutea (bomba de electrones) para mantener un
voltaje o diferencia de potencial entre los dos metales Los electrodos se conocen como caacutetodo (atrae cationes porque estaacute cargado
negativamente) y aacutenodo (atrae iones por estar cargado positivamente)
La bateriacutea o generador provee de una fuerza impulsora que puede causar una reaccioacuten
quiacutemica que involucra la ganancia de electrones por cierta especie en la superficie del
caacutetodo y la peacuterdida de electrones por otra especie en la superficie del aacutenodo de esta forma
se produce un circuito eleacutectrico
La conductividad eleacutectrica en la solucioacuten es un resultado del movimiento de los iones y de
las reacciones de peacuterdida y ganancia de electrones que ocurren en los electrodosLas sustancias que reaccionan en el caacutetodo y en el aacutenodo dependen de la naturaleza de las
sustancias presentes en la solucioacuten
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Cuando los iones se hidratan forman agregados poco apretados que consisten en un ion
rodeado por una capa de moleacuteculas de agua
Ejemplo
En el siguiente esquema se representa un ion de sodio (Na) hidratado
Electrolitos Son sustancias que en una solucioacuten acuosa conducen la electricidad
Ejemplos Aacutecidos sales etc
No electrolitos Son sustancias que en solucioacuten acuosa no conducen la electricidad
Ejemplos Alcohol azuacutecar etc
A su vez los electrolitos se clasifican en fuertes y deacutebiles
Electrolitos fuerte Sustancias que al disolverse en agua forman aniones y cationes
por lo que es fuerte conductora de la electricidad pueden ser compuesto ioacutenico omolecular Ejemplo HCl (aacutecido clorhiacutedrico)
Electrolito deacutebil Sustancia que se disuelve en agua pero reacciona con ella en un
rango muy pequentildeo produciendo poco iones por lo tanto es conductor deacutebil de la
electricidad Ejemplo C2H4O2
FUERTES DEacuteBILES
Aacutecidos inorgaacutenicos HNO3 HClO4 H 2SO4 HCl HI HBr HClO HBrO3
Aacutecidos inorgaacutenicos H2CO3 HBO3 H 3PO4 H 2S H2 SO3
Hidroacutexidos alcalinos y alcalino teacuterreos Aacutecidos orgaacutenicos
La mayoriacutea de las sales Amoniaco y la mayoriacutea de las basesorgaacutenicas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Equilibrio quiacutemico Es un estado en el cual dos reacciones opuestas se verifican con
la misma velocidad se restringe a las reacciones reversibles Ejemplo La produccioacuten de
amoniacuteaco (NH3) a partir del gas hidroacutegeno (H2) y del gas nitroacutegeno (N2)
N2(g) + 3 N2(g) NH3(g)
a)
Constante de equilibrio quiacutemico Es el producto de las concentraciones molares de
los productos dividido entre el producto de las concentraciones molares de los
reactivos cada sustancia elevada al nuacutemero de los moles correspondientes
El equilibrio de las concentraciones de reactivos y productos permanecen contantes
en condiciones de presioacuten y temperatura a la relacioacuten que hay entre estas
constantes expresadas en molaridad (moll) se le llama contante de equilibrio
Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio depende de la temperatura del
sistema por lo que seraacute necesario especificarlo Asiacute para una reaccioacuten reversible se
puede generalizar
aA + bB cC + dD
=[][]
[][]
Keq = es la constante de equilibrio para la reaccioacuten a una temperatura dada
Un valor de Keq gt 1 indica que el numerador de la ecuacioacuten es mayor que el
denominador Por el contrario un valor de Keq lt 1 el denominador es mayor que el
numerador la concentracioacuten de reactivos es maacutes grande asiacute la reaccioacuten se favorece
hacia los reactivos
b) Factores que afectan el equilibrio quiacutemico
Ley de Le Chatelier ldquoCuando un sistema en equilibrio se sujeta a una accioacuten externa
el equilibrio se desplaza en la direccioacuten que tiende a disminuir o neutralizar dicha
accioacutenrdquo
La concentracioacuten Al aumentar la concentracioacuten de alguna de las sustancias en un
sistema en equilibrio el equilibrio se desplazara hacia la reaccioacuten que tienda a
disminuir dicho aumento
La temperatura Cuando se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio
este se desplazara en el sentido de la reaccioacuten endoteacutermica Si se disminuye la
temperatura ocurre el proceso contrario
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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La presioacuten Si un sistema en equilibrio se le aumenta la presioacuten el equilibrio se
desplaza seguacuten la reaccioacuten del lado en el que las sustancias formadas ocupan un
menor volumen
Coloides De acuerdo con el tamantildeo de la partiacutecula del soluto (10 ndash 1 000 Å) la mezclaresulta intermedia entre las soluciones y suspensiones sus partiacuteculas permanecen
dispersas en todo el medio no se sedimentan son trasluacutecidas no pueden ser separadas por
sus fases por filtracioacuten y presentan un fenoacutemeno muy particular de dispersioacuten de la luz
llamado efecto Tyndall
Los coloides que tienen como medio de dispersioacuten el agua se denominan hidrofiacutelicos y por
el contrario los coloides sin afinidad por el agua se llaman hidrofoacutebicos
Entre los sistemas coloidales se encuentran los siguientes ejemplos
Nombre geneacuterico fase dispersa medio de dispersioacuten
Espuma Gas LiacutequidoEspuma soacutelida Gas SoacutelidoAerosol liquido Liacutequido Gas
Emulsioacuten Liacutequido Liacutequido
Emulsioacuten soacutelida Liacutequido Soacutelido
Humo Soacutelido GasSol Soacutelido Liacutequido
Sol soacutelido Soacutelido Soacutelido
Suspensiones
Es una mezcla heterogeacutenea formada por partiacuteculas suficientemente grandes (mayores a
1000 Å) que se observan a simple vista tales partiacuteculas se encuentran suspendidas por un
tiempo en el disolvente la gravedad las afecta cuando estaacuten en reposo provocando que se
precipiten en el fondo del recipiente se pueden separar por filtracioacuten o por decantacioacuten y
no permiten el libre paso de la luz
Muchas sustancias se encuentran en forma de suspensiones en las etiquetas aparece una
leyenda ldquoagiacuteteserdquo ejemplo algunos medicamentos jugos bebidas etc
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Diferencias entre soluciones coloides y suspensiones
Reacciones quiacutemicas
Ecuaciones ioacutenicas Las reacciones entre soluciones involucran a los iones como reactivos
y productos
Existen tres tipos de ecuaciones en solucioacuten acuosa
a) Ecuacioacuten molecular (mol-mol) Muestra la reaccioacuten en general pero nonecesariamente las formas reales de reactivos y productos en solucioacuten Ejemplo
3KOH(aq) + Fe(NO3)3(aq) --- Fe(OH)3(s) + 3KNO3(aq)
b)
Ecuacioacuten ioacutenica completa (Ion-Ion) Representa todos los reactivos y productos
incluyendo a aquellos que son electroacutelitos fuertes en forma de iones
3K+1(aq) + 3OH-1
(aq) +Fe+3(aq) + 3NO3
-1(aq) Fe(OH)3(s) +3K+1
(aq) +3NO3-1
(aq)
c)
Ecuacioacuten ioacutenica neta Incluye solo aquellos componentes que experimenten uncambio No se incluyen iones espectadores (aquellos que no participan
directamente en la reaccioacuten)
3OH-1(aq) + Fe+3
(aq) - Fe(OH)3(s)
Reacciones de precipitacioacuten Son las reacciones que implican la combinacioacuten de iones en
solucioacuten para formar una fase soacutelida llamado precipitado
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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a)
Reglas de solubilidad Para predecir una reaccioacuten de precipitacioacuten debe conocerse
las reglas de solubilidad de compuestos ioacutenicos (sales) en agua a 25degC eacutestas son
La mayoriacutea de las sales que contienen nitrato (NO3)-1 son solubles
La mayoriacutea de las sales de Na+ K+ y NH4+ son solubles
La mayoriacutea de las sales contienen cloruros son solubles Algunas excepciones son
AgCl PbCl2 y HgCl2
La mayoriacutea de las sales contienen sulfatos son solubles con excepcioacuten de BaSO4
PbSO4 y CaSO4
La mayoriacutea de los hidroacutexidos son pocos solubles Los hidroacutexidos solubles
importantes son NaOH KOH y Ca(OH)2
La mayoriacutea de las sales de sulfuro (S2) y fosfato (PO4)-3 son poco solubles
b)
Formacioacuten de soacutelidos Utilizando las reglas de solubilidad se puede predecir la
obtencioacuten de un precipitado
Ejemplo
iquestQueacute ocurre al hacer reaccionar al AgNO3 con el CaCl2Como ambas soluciones contienen compuestos ioacutenicos hay que indicar los ionesinvolucrados
Ag+1(aq) +NO3
-1(aq) +Ca+2
(aq) +2Cl-1(aq) (ecuacioacuten ioacutenica completa)
Decidir que aniones y cationes reaccionan de acuerdo a las reglas de solubilidad escogerque especies son las que al unirse formaran un precipitado La ecuacioacuten que representa lareaccioacuten es
Ag+1(aq) + Cl-1(aq) AgCl(s) (ecuacioacuten ioacutenica neta)
Neutralizacioacuten Reacciones aacutecidos y bases
a) Teoriacuteas de aacutecidos y bases
Aacutecidos Sustancias de sabor agrio corrosivas con el metal y la piel solubles en aguay conductoras de electricidad cambian el papel tornasol azul a rojo
Bases Sustancias con aspecto jabonoso con propiedades caacuteusticas en la piel
solubles en agua y conductoras de electricidad cambian el tornasol rojo a azul
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Debido a la importancia de dichos compuestos eacutestos fueron estudiados por diferentescientiacuteficos entre los que estaacuten
Teoriacutea de Arrhenius
Aacutecidos Sustancia que en solucioacuten acuosa se disocia en iones H+
HCl H+
+ Cl-
Bases Sustancias que en solucioacuten acuosa se disocian en iones OH-
NaOH Na+ + OH-
Teoriacutea de Broumlsnted-Lowry
Aacutecidos Sustancias que pierden protones H+ para obtener una base (base
conjugada)
Bases Sustancias que acepta protones H+ para obtener un aacutecido (conjugado)
HCl (aq) + H2O H3O+(aq) + Cl
NH3(l) + H2O NH4(aq) +OH
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Teoriacutea de Lewis
Aacutecidos Sustancias que pueden aceptar un par de electronesEjemplos BF3 BCl3
Bases Sustancias que pueden ceder un par de electronesEjemplo NH3OH
CUADRO COMPARATIVO ENTRE LAS TEORIAS AacuteCIDO - BASE
AUTOR AacuteCIDO BASEArrhenius Sustancia que en solucioacuten
acuosa se disocia en iones H+
Sustancia quiacutemica capaz deliberar iones hidroacutegeno en
medio acuoso
Sustancia quiacutemica capaz de dejar ioneshidroxilos en disolucioacuten acuosa
Broumlsnted-Lowry
Sustancia (moleacutecula o ioacuten)capaz de recibir un protoacuten deliberar un protoacuten (H+)
Sustancia (moleacutecula o ioacuten) capaz derecibir un protoacuten Sustancia aceptora deprotones (H+)
Lewis Sustancia capaz de compartir oaceptar un par de electrones
Sustancia con capacidad para compartir oceder pares de electrones
El agua se comporta como aacutecido o como base por lo tanto es anfoacutetera (sustancias que en
solucioacuten acuosa pueden dar iones H
+
y OH
-
)
b) Tipos de aacutecidos y bases
Aacutecidos fuertes Sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad eniones hidronio su base conjugada es deacutebil pH entre 1-3
Aacutecidos deacutebiles Sustancias que no se ionizan con gran facilidad y tiene un pHalto (4-69) Su base conjugada es fuerte
Base fuerte Sustancias que se ioniza faacutecilmente en iones OH- su pH estaentre 12-14 Su aacutecido conjugado es deacutebil
Base deacutebil Sustancia que no se ioniza con gran facilidad su pH se encuentra8-11 Su aacutecido conjugado es fuerte
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Sales Son compuesto ioacutenico formado por iones metaacutelicos y no metaacutelicos Estos compuestosse pueden obtener a traveacutes de una reaccioacuten de neutralizacioacuten es decir la combinacioacutenquiacutemica de un aacutecido y una base Ejemplo NaCl Na2SO4
Ejemplo 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
Hidroacutelisis Las sales no pueden liberar iones hidronio o hidroxilo cuando sedisocian pero se altera pH de la solucioacuten debido a que se originaron de laneutralizacioacuten de un aacutecido y una baseLa sal originada de un aacutecido fuerte y una base deacutebil daraacute una solucioacuten aacutecidamientras las sales que provienen de un aacutecido deacutebil y una base fuerte daraacutenuna solucioacuten baacutesica
c)
Productos de las reacciones aacutecido-base Cuando se hace reaccionar un aacutecido y unabase fuerte se obtienen como productos un aacutecido y una base maacutes deacutebiles
Ejemplo HBr + H2O un aacutecido y una base maacutes deacutebil
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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d)
Principio de equivalencia (Titulacioacuten aacutecido base)
La titulacioacuten se ocupa para obtener la concentracioacuten real de un aacutecido o una base(valoracioacuten) a traveacutes del punto de equivalencia (cuando los equivalentes de la basecorrespondiente exactamente a los equivalentes del aacutecido)
Se lleva a cabo conociendo la concentracioacuten de la solucioacuten patroacuten y el volumen que eacutesteocupa se agrega esta solucioacuten a la solucioacuten problema eacutesta se neutraliza y en el momentode un cambio de color (indicador) se detiene la titulacioacuten para calcular la concentracioacuten dela solucioacuten con la siguiente formula
Vaacutecido Maacutecido = Vbase Mbase
e) Soluciones amortiguadores o buffer Son las sustancias que regulan cantidadesgrandes de aacutecidos o bases sin alterar el pH Son sustancias que contienen tanto aacutecidodeacutebil como su sal o bien un base deacutebil y su sal
Estas soluciones son muy uacutetiles para el ser humano debido a que amortiguan la cantidad deaacutecido que se utiliza ya que un cambio brusco del pH conduciriacutea a la muerte
f) Potencian de Hidroacutegeno (pH) El pH se define como la concentracioacuten de iones H+ enuna solucioacuten
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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El agua puede ionizarse en iones de hidronio (H3O⁺) y en iones hidroxilo (OH⁻) la constantede ionizacioacuten del agua seriacutea
Kw = [₃+][ ⁻] = 110⁻sup1⁴ H3O+ = 1 X 10-7
OH- = 1 X 10-7
Obtiendo logaritmos p = log
pKw = pH + pOH = 14 de tal manera que pH = -log[H+] ndash [log H3O+ pOH = -log OH
ESCALA DE pH
Indicadores Son sustancias que en pequentildeas cantidades cambian de color
en presencia de un aacutecido o base Entre ellos estaacuten naranja de metilofenolftaleiacutena azul de bromotinol y papel tornasol Cabe hacer mencioacuten queexisten indicadores naturales como peacutetalos de rosa roja col morada flor de
jamaica entre otros
INDICADOR INTERVALOS DEpH
CAMBIO DECOLOR
TIPO DESUSTANCIA
Anaranjado demetilo
3 ndash 44 Rojo a amarillo Aacutecido
Tornasol 45 - 6 Azul a rojo Aacutecido
Tornasol 72 ndash 92 Rojo a azul BaseAzul debromotinol
6- 76 Amarillo a azul Base
Fenolftaleiacutena 82 - 10 Incolora a rosao violeta
Base
Nota Compara los intervalos marcados con la escala de pH que se presenta en la tabla dela parte superior
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
12C6 1s22s22p2
1s 2s 2px 2py 2pz
Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Problemas donde se involucran el pH
Ejemplo 1 Calcule el pH de una solucioacuten en la que a 25degC la concentracioacuten de iones H + esde 45 X 10 -7 N Log 45 = 065
Solucioacuten
pH = -log [H+] pH = -(log 45 x 10 -7) = - (-7+log45) = -(-7+065) pH = 635 solucioacuten aacutecida
REACCIONES OXIDO-REDUCCIOacuteN (transferencia de electrones)
a)
Proceso oacutexido reduccioacuten
Una reaccioacuten de oacutexido-reduccioacuten se caracteriza porquehay una transferencia de electrones en donde una sustancia gana electrones y laotra pierde electrones
bull La sustancia que gana electrones disminuye su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Reduccioacuten
bull La sustancia que pierde electrones aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten Esteproceso se llama Oxidacioacuten
Por lo tanto la Reduccioacuten es ganancia de electrones y la Oxidacioacuten es una peacuterdidade electrones
b)
Identificar reacciones de oacutexido reduccioacuten Para identificar una reaccioacuten de oacutexidoreduccioacuten (redox) es necesario verificar si el existe un cambio en los estados deoxidacioacuten (nuacutemero de oxidacioacuten) de las sustancias involucradas en la reaccioacuten eidentificar quien se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante)
Concepto No de oxidacioacuten Electrones
Se oxida
Agente reductor
Aumenta Pierde
Se reduceAgente oxidante
Disminuye Gana
Ejemplo 1
De acuerdo con la siguiente reaccioacuten quiacutemica identificar cuaacutel es el elemento que se oxida ycual el que se reduce
Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
I
Obtener nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento
Cu0 + H+1N+5O3-2 Cu+2 (NO3)2
-1+ N+2 O-2+ H2+1 O-2
II
Identificar si alguacuten elemento tiene cambio de nuacutemero de oxidacioacuten
Cu0 Cu +2 se oxidaN +5 N +2 se reduce
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
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Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Por lo tantoEl agente oxidante es el N y el agente reductor es el Cu
Quiacutemica orgaacutenica y bioquiacutemica
Quiacutemica del carbono El aacutetomo de carbono es el constituyente de los compuestosorgaacutenicos se localiza en el grupo IVA periodo 2 de la tabla perioacutedica nuacutemero atoacutemico 6 ymasa atoacutemica 12 uma su configuracioacuten en el estado basal es
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Sus nuacutemeros de oxidacioacuten son +4 -2 -4 Si el carbono mantuviera esta configuracioacuten sepodriacutean formar solo compuestos divalentes pero no se explica la formacioacuten de loscompuestos orgaacutenicos donde el carbono es tetravalente
La propiedad maacutes importante del carbono es la habilidad de sus aacutetomos para formarenlaces quiacutemicos entre siacute y con una variedad de elementos por medio de enlacescovalentes
Tipos de enlace carbono-carbono estructura y modelos
El carbono es un elemento representativo y es el uacutenico que sufre los tres tipos dehidratacioacuten que hay sp3 sp2 sp originando asiacute doble y triple covalencia respectivamente
Se llama hibridacioacuten a una mezcla de energiacuteas entre orbitales puros para dar otros nuevoo bien un aspecto teoacuterico para el arreglo de electrones de valencia
Las diferencias principales entre los compuestos orgaacutenicos e inorgaacutenicos se deben avariaciones en la composicioacuten el tipo de enlace y las polaridades moleculares
Los compuestos orgaacutenicos estaacuten formados por aacutetomos de carbono con enlaces covalentesentre siacute y con aacutetomos de hidroacutegeno oxiacutegeno nitroacutegeno azufre y haloacutegenos
Clasificacioacuten de cadenas en compuestos orgaacutenicos
El aacutetomo de carbono debido a su tetravalencia puede formar moleacuteculas grandes se puedecombinar de otros aacutetomos de carbono formando cadenas de gran longitud La longitud dela cadena de carbono determina la mayoriacutea de sus propiedades fiacutesicas Los compuestos concadenas cortas son gases o liacutequidos con bajo punto de ebullicioacuten los compuestos decadenas medianas son liacutequidos y soacutelidos los que tienen cadenas largas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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63
Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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67
Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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La secuencia de carbonos enlazados en un compuesto orgaacutenico se le llama cadena decarbonos debido a ello se conocen millones de compuestos orgaacutenicos
De acuerdo con la estructura de los esqueletos que constituyen los compuestos orgaacutenicosse clasifican en
Tipo de compuesto CaracteriacutesticasAciacuteclico Esqueleto de cadena abierta
Ciacuteclico Esqueleto de cadena cerradaSaturada Enlace simple entre aacutetomos de carbono se refiere a los hidrocarburos saturado
o alcanos
No saturado Presentan un doble o triple enlace entre aacutetomos de carbono Se refiere a loalquenos y alquinos respectivamente
Homociacuteclico Esqueleto cerrado uacutenicamente formado por aacutetomos de carbonoHeterociacuteclico Esqueleto cerrado formado con alguacuten aacutetomo diferente al carbono
Lineal Esqueleto sin absorbencias o ramificaciones
Arborescente Esqueleto con ramificaciones (radicales unidas a la cadena principal)Aliciacuteclico Se deriva de compuestos alifaacuteticos ciacuteclicos o esqueletos ciacuteclicos que no contien
un anillo benceacutenicoAromaacutetico Esqueleto ciacuteclico de seis carbonos unidos mediante dobles y simples ligadura
alternadamente (benceno)Simple Se refiere a los esqueletos ciacuteclicos sin arborescencias
TIPOS DE FOacuteRMULAS DE LOS COMPUESTOS ORGAacuteNICOS
Foacutermula molecular o condensada
Indica la cantidad y tipo de elementos que forman un compuesto orgaacutenico
C2H6 etano
Formula estructural semidesarrollada
Indica la secuencia de los enlaces sin mostrarlos todos
CH3 ndash CH3 etano
Formula estructural desarrollada
Indica los enlaces de todos los aacutetomos que forman el compuesto orgaacutenico
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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72
Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Etano
1
Alcanos alquenos alquinos y ciacuteclicos
Alcanos o parafinas Son Hidrocarburos saturados de cadena abiertacon enlace sencillo C-C Son inertes no reaccionan faacutecilmente atemperaturas ordinarias como los aacutecidos aacutelcalis u oxidantes Foacutermulageneral CnH2n+2 Los primeros cuatro alcanos llevan nombrescomunes a partir del quinto hidrocarburo se nombran de acuerdo alas reglas de la IUPAC (unioacuten internacional de quiacutemica pura yaplicada)
Alcanos arborescentes Para nombrarlos es necesario considerar lassiguientes reglas
- Buscar la cadena maacutes larga de carbonos la cual daraacute el nombre principal del alcano- Numerar la cadena principal empezando por el extremo que tenga las absorbencias
o ramificaciones maacutes proacuteximas-
Nombrar cada radical indicando su posicioacuten con el nuacutemero que corresponda alaacutetomo de carbono al que se encuentra unido
-
Nombrar el compuesto con una sola palabra y separar los nombres de los nuacutemeroscon guiones y los nuacutemeros entre siacute con comas
-
Si en una moleacutecula se encuentra presente el mismo radical alquilo se indica con losprefijos di tri tetra etceacutetera unido al nombre de los radicales
- Nombrar los radicales por orden alfabeacutetico o por complejidad estructural
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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-
Al final se nombra la cadena maacutes larga con terminacioacuten ano que hace referencia aque el compuesto es un alcano
Ejemplo
Alquenos u olefinas Son hidrocarburos insaturados de cadena abierta doble enlace C = CSon reactivos quiacutemicamente accionan con los haloacutegenos Foacutermula general H2n Los nombresde eacutestos compuestos terminan en eno
Cuando un alqueno presenta una absorbencia y una doble ligadura tiene preferencia ladoble ligadura
Si existen 2 o 3 dobles ligaduras en la cadena principal la terminacioacuten eno cambia por dienoo trieno respectivamente y se indica con nuacutemero la posicioacuten de eacutesas dobles ligaduras
Ejemplo
1 buteno
2 buteno
1 penteno
2 enteno
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Alquinos o acetilenos
Hidrocarburos que contienen triple enlace C= C son muy activos quiacutemicamente y no sepresentan libres en la naturaleza Foacutermula general CnH2n-2 Si existen dos o maacutes triplesligaduras en la cadena principal la terminacioacuten ino cambia por dieno o trienorespectivamente y se indican con nuacutemeros la posicioacuten de esas dobles ligaduras
Los nombres de eacutestos compuestos terminan en ino
Cicloalcanos
Son aquellos compuestos de cadena cerrada que poseen enlaces simples entre cada aacutetomode carbono tambieacuten se llaman aliciacuteclicos Los cicloalcanos se representan por medio defiguras geomeacutetricas
Tambieacuten se pueden encontrar enlaces dobles en los compuestos ciacuteclicos
c) Isomeriacutea estructural
Isoacutemeros Son compuestos que tienen la misma foacutermulacondensada pero diferente foacutermula semi-desarrollada es decircompuestos con igual formula molecular pero con diferentespropiedades
1 butino
1 pentino
2 pentino
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Tipos de isomeriacutea
-
De cadena o estructural Esta isomeriacutea la presentan principalmentelos alcanos que tienen la misma foacutermula condensada pero quedifieren en la forma en que estaacuten dispuestos sus aacutetomos en la cadena
Isoacutemeros de n-butano C4H10 CH3 ndash CH ndash CH3
CH3
De posicioacuten o lugar Se presenta en los alquenos y alquinos y se debe alcambio de posicioacuten de la doble o triple ligadura
Ejemplo
CH2 = CH2 -CH2 -CH3 1 buteno CH3- CH =CH -CH3 2 buteno
Geomeacutetrica o cis-trans
En presencia de la doble ligadura impide la libre rotacioacuten de aacutetomos de carbono en esepunto lo que origina es isomeriacutea
CH3 CH3
C = C
H H
CH3 H
C = C
H CH3
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Oacuteptica
Es aquella en la cual los compuestos orgaacutenicos tiene el mismo orden de enlace de losaacutetomos pero diferente orden en el espacio son imaacutegenes espectaculares
Ejemplo
Aacutecido laacutectico C3H6O3
Funcional
Cuando se tiene la misma foacutermula condensada que corresponde a diferentes gruposfuncionales
Ejemplo
C2H6O CH3-O-CH3 CH3-CH2-OH
Eacuteter metiacutelico alcohol etiacutelico
Grupo funcional Es el aacutetomo o grupo de aacutetomos que definen la estructura de una clase
particular de compuestos orgaacutenicos y determina sus propiedades Benceno
El benceno foacutermula C6H6 es un compuesto raramente estable debido a que se encuentranalterados enlaces sencillos y dobles muchas sustancias se forman por la sustitucioacuten dehidroacutegeno del anillo benceacutenico por otro u otros grupos
Los compuestos que se derivan del benceno se llaman compuestos aromaacuteticos ejemplo
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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80
Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Cuando aparecen maacutes de un grupo sustituido en el anillo se distinguen las posiciones en elanillo enumerando los carbonos Tambieacuten puede utilizarse la siguiente notacioacuten
Compuestos policiacuteclicos y heterociacuteclicos
Los compuestos policiacuteclicos son aquellos que tienen dos o maacutes anillos y compartencarbonos entre siacute como el colesterol
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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71
Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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72
Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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80
Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Los compuestos heterociacuteclicos
Son aquellos de ademaacutes de carbono contienen otro tipo de aacutetomos en el anillo o anilloscomo las bases nitrogenadas que se encuentran en el DNA y RNA
Grupos funcionales Para facilitar el estudio de la quiacutemica del carbono los compuestos seagrupan en grupos funcionales Estos grupos engloban compuestos con estructurassimilares y por lo tanto propiedades fiacutesicas y quiacutemicas muy parecidas
Los grupos funcionales son aacutetomos o grupos de aacutetomos unidos a cadenas de hidrocarburosalifaacuteticas o aromaacuteticas y es la zona de reactividad de las moleacuteculas
Las reglas de nomenclatura de la IUPAC para los compuestos con diferentes gruposfuncionales son semejantes soacutelo se tiene que tomar en consideracioacuten el o los grupospresentes en las moleacuteculas para indicar cuaacutel es el sustituyente de un grupo funcional
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
8162019 47 QUIacuteMICA
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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80
Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Ejemplos
Bioquiacutemica
Es la ciencia encargada del estudio de los compuestos que intervienen en los procesosbioloacutegicos y cambios que experimentan durante los procesos vitales
Carbohidratos Son compuestos orgaacutenicos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenocontienen aldehiacutedo o cetona y es polihidroxilado A menudo se presentan como anillo quese forma por la reaccioacuten intermolecular entre el grupo aldehiacutedo y los grupos ndashOH
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71
Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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73
α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Los carbohidratos son solubles en agua y constituyen la fuente principal de energiacutea de lasceacutelulas Son los maacutes abundantes en la naturaleza y se encuentran en mayor medida en lasplantas que en los animales ya que la mayoriacutea de los carbohidratos son sintetizados por lasplantas verdes durante el proceso de fotosiacutentesis
Los edulcorantes a diferencia de los carbohidratos no proporcionan energiacutea solo comunicanun sabor dulce a las sustancias
Los carbohidratos se clasifican en
Monosacaacuteridos
Son azuacutecares simples que a su vez se clasifican de acuerdo con el nuacutemero de carbonosque contienen
Nuacutemero deaacutetomos decarbono
Nombre
3 Triosa
4 Tetrosa5 Pentosa
6 Hexosa7 Heptosa
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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80
Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Siendo los maacutes importantes las pentosas y las hexosas Entre las pentosas se encuentra laribosa y la desoxirribosa que forman parte del aacutecido ribonucleico (ARN) y del aacutecidodesoxirribonucleico (ADN) respectivamente Y entre las hexosas se hallan la fructuosa lagalactosa y la glucosa
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas miel y verduras Aunque la galactosarara vez se encuentra sola ya que siempre se combina con otro monosacaacuterido paraformar parte de una moleacutecula grande
La glucosa es la azuacutecar producida por los vegetales por la fotosiacutentesis es la uacutenica hexosaque se encuentra en grandes cantidades en los seres vivos que es utilizada para obtenerenergiacutea se les conoce como azuacutecar de la sangre y tambieacuten se encuentra en las uvas y en lamiel
Disacaacuteridos Son carbohidratos que se forman por la unioacuten de dos monosacaacuteridos pormedio de un enlace glucosiacutedico y la eliminacioacuten de una moleacutecula de agua
Los maacutes comunes son la sacarosa la maltosa y la lactosa
Sacarosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + Azuacutecar de mesa cantildea y remolacha
β- fructuosa
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α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
-
Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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75
Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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76
Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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77
Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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78
Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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79
debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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80
Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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73
α- maltosa
Composicioacuten nombre comuacuten fuente
α- glucosa + β- glucosa Azuacutecar de malta germen de cebada
Lactosa
Composicioacuten Nombre comuacuten fuente
Glucosa + galactosa Azuacutecar de leche Leche de mamiacutefero
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74
Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
-
No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
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Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
-
Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Polisacaacuteridos Son carbohidratos constituidos por la unioacuten demuchos monosacaacuteridos generalmente con la glucosa Algunospolisacaacuteridos sirven de reservas alimenticias y otros son elementosestructurales de las paredes celulares vegetales que se dividen en
- Digeribles almidoacuten y glucoacutegeno
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No dirigibles celulosa hemicelulosa y quitina
Almidoacuten Formado por moleacuteculas de glucosa es producido por lasplantas sus enlaces son faacuteciles de romper y sirven de depoacutesito parala glucosa la cual se almacena en las plantas en forma de almidoacuten yel los animales como glucoacutegeno Se almacena en tallos como la papaen semillas como el frijol y trigo y en raiacuteces como el camote
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Celulosa Formada por moleacuteculas de glucosa sirven de sosteacuten
a las ceacutelulas vegetales por su rigidez Sus unidades de glucosase encuentran tan unidas que pocos organismos con capacesde separarlas con sus jugos gaacutestricos Los herbiacutevoros como lasovejas los caballos el ganado cabruno y vacuno comencelulosa esto se logra gracias a la existencia de susmicroorganismos en su aparato digestivo que se encarga derealizar esta tarea de desdoblar y digerir dichas moleacuteculas
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Glucoacutegeno Tambieacuten llamado almidoacuten animal se almacenacomo carbohidrato en las ceacutelulas animales Se forma en el
hiacutegado y muacutesculos de animales mayores al igual que elalmidoacuten los enlaces que mantienen unidas las moleacuteculas deglucoacutegeno son ideales para el almacenamiento de glucosa dedonde se puede obtener energiacutea raacutepidamente
Liacutepidos Son compuestos formados por carbono hidroacutegeno y oxiacutegenoinsolubles en agua pero solubles en compuestos orgaacutenicos se clasifican en
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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80
Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Nombre Caracteriacutesticas EjemplosGrasas neutras oliacutepidos simples
Esteres del glicerol con largascadenas de aacutecidos carboxiacutelicos Serompen por accioacuten de las enzimasdando glicerol y aacutecidos grasos
Los gliceacuteridos resultan de lacombinacioacuten de una moleacutecula deglicerol o glicerina y tres moleacuteculasde aacutecidos grasosLos trigliceacuteridos constituyen grasaso liacutepidos saturados en los animales yaceites o liacutepidos insaturados en losvegetalesAlgunas de sus funciones son servirde reserva como aislante teacutermico yde proteccioacuten
Grasas o aceites
Fosfoliacutepidos oliacutepidos compuestos
Estaacuten formados por carbonohidrogeno y oxiacutegeno pero ademaacutescontienen foacutesforo y en ocasionesnitroacutegenoEstaacuten integrados por dos moleacuteculasde glicerina Los fosfoliacutepidos tienenuna cabeza hidrofiacutelica y una colahidrofoacutebica
Son constituyentes baacutesicosde las membranas celularesde los vegetales y animalesdonde se regula la entrada ysalida de sustancias
Esteroides y liacutepidosderivados
Son liacutepidos formados por cuatroanillos 3 de 6 aacutetomos de carbono y
1 de 5
El colesterol y las hormonassexuales como la
testosterona progesteronaestradiol y cortisona
Proteiacutenas Estaacuten constituidos por carbono hidrogeno oxiacutegeno y nitroacutegeno aunque algunascontienen azufre foacutesforo o hierro Son los compuestos maacutes abundantes en la ceacutelula (71)Su unidad baacutesica son los aminoaacutecidos (a-a) una proteiacutena contiene varios cientos deaminoaacutecidos Los aminoaacutecidos estaacuten formados por carbono alfa principalmente un aacutetomode hidroacutegeno un grupo aacutecido un grupo R y un grupo amino
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76
Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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78
Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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79
debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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80
Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Los aminoaacutecidos que el cuerpo humano no puede elaborar se conocen como esenciales yson fenilalanina leucina valina arginina isoleucina lisina metionina triptofano treoninae histidina
Enlace peptiacutedico Se lleva a cabo entre el grupo amino y el grupo carboxilo paraformar un grupo amida el cual se rompe durante el proceso digestivo La unioacuten devarios aminoaacutecidos forma un polipeacuteptido de entre 6 y 50 aminoaacutecidos Si la cadenatiene maacutes de 50 recibe el nombre de proteiacutena
Clasificacioacuten de las proteiacutenas por su forma
Nombre FuncionesFibrosas ohelicoidales
Realizan funciones estructurales al formarparte de la piel los muacutesculos y los tendones
Globulares Como las enzimas y anticuerpos queparticipan en todo proceso vital
Las proteiacutenas tambieacuten se puede clasificar por el nivel de organizacioacuten que poseen en-
Estructura primaria en la que se presenta una secuencia o sucesioacuten especiacuteficade aminoaacutecidos
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Estructura secundaria
Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
Estructura terciaria En ella las proteiacutenas se repliegan sobre siacute mismas daacutendole unaapariencia globular
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Estructura cuaternaria Estaacute formada por enlace de dos o maacutes proteiacutenas globulares comola hemoglobina
Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Es la configuracioacuten de la cadena de aminoaacutecidos formada por la unioacuten de enlaces peptiacutedicosa traveacutes de puentes de hidroacutegeno
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Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
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Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
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Las proteiacutenas simples son las que solo contienen aminoaacutecidos como las albuminas oglobulinas mientras las conjugadas se forman con aminoaacutecidos y otras moleacuteculas comoazuacutecares liacutepidos y metales Entre las proteiacutenas conjugadas estaacuten la glucoproteiacutenaslipoproteiacutenas y metaloproteiacutenas (hemoglobina) este grupo contiene el hierro que le da elcolor rojo a la hemoglobina
Las proteiacutenas son esenciales para la vida porque desempentildeas funciones baacutesicas como
Estructurales como el colaacutegeno y la elastina
Catalizadoras como las enzimas
Hormonales como la insulina y la oxitosina
De defensa como los anticuepos
Materiales contraacutectiles como la miosina
Transporte como la hemoglobina
Material de reserva como la albumina
En la divisioacuten celular los histosomas
Enzimas y catalizadores
Las enzimas Son proteiacutenas que actuacutean como catalizadores bioloacutegicos es decir aumenta lavelocidad de las reacciones bioloacutegicas sin sufrir alteracioacuten cada enzima es especiacutefica parauna reaccioacuten quiacutemica Sustrato es la sustancia sobre la que actuacutea una enzima y despueacutes dela reaccioacuten quiacutemica forman los productos
El nombre de la mayoriacutea de las enzimas se basa en el sustrato (con teminacioacuten asa) porejemplo la sacarasa (de sacarosa) la lipasa (de liacutepidos) la lactasa (de la lactosa)
Sin embargo existen enzimas constituidas totalmente por fracciones de proteiacutenas y otraslas holoenzimas que contienen ademaacutes un compuesto no proteico llamado cofactor que
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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debe actuar para que la enzima funcione Los cofactores son iones metaacutelicos (como Fe KCu Mg y otros) o moleacuteculas orgaacutenicas como algunas vitaminas NADP (nicotinamida-adenina-dinucleoacutetido) fosfato y otros que reciben el nombre de coenzimas
El mecanismo de accioacuten de las enzimas consiste en disminuir la energiacutea de activacioacutennecesaria para que se lleve a cabo una reaccioacuten quiacutemica
La velocidad de una reaccioacuten enzimaacutetica estaacute relacionada con la temperatura que alincrementarse aumenta la velocidad de reaccioacuten el pH ya que las enzimas actuacutean demanera maacutes eficiente en un pH neutro y la concentracioacuten de enzimas y sustrato de talmanera que al aumentar la concentracioacuten de enzimas o sustrato se incrementa la velocidadde la reaccioacuten hasta llegar a un nivel de saturacioacuten
En la configuracioacuten espacial de una enzima se localizan ciertas regiones llamadas gruposactivos los cuales se une transitoriamente al sustrato formando un complejo enzima-sustrato reversible
Aacutecidos nucleicos Son grandes moleacuteculas constituidas por la unioacuten de monoacutemeros llamados
nucleoacutetidos Los aacutecidos nucleicos tienen al menos dos funciones trasmitir las caracteriacutesticas
hereditarias de una generacioacuten a la siguiente y dirigir la siacutentesis de proteiacutenas especiacuteficas
Tanto la moleacutecula de ARN como la moleacutecula de ADN tienen una estructura de forma
helicoidal
Las siguientes figuras representan nucleoacutetidos
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
G C y U
El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
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coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Las bases nitrogenadas son diferentes existen 5 tipos 2 llamadas puacutericas adenina (A)-
guanina (G) y 3 llamadas pirimiacutedicas timina (T) citosina (C) y uracilo (U)
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
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El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
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coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas
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Estas bases unen a las dos cadenas de ADN de una manera especiacutefica por parejas Adenina-
Timina y Guanina-Citosina El aacutecido ribonucleico (ARN) produce a partir del ADN
Constituido por una sola cadena de nucleoacutetidos presenta 4 tipos de bases nitrogenadas A
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El ADN en los genes sirve de punto de partida para los procesos bioloacutegicos que se llevan acabo en la ceacutelula La informacioacuten geneacutetica estaacute contenida en los genes por secuencias
especiacuteficas de bases heterociacuteclicas en las bandas de DNA Estas secuencias constituyen el
coacutedigo geneacutetico que se transmite a las ceacutelulas nuevas