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8/16/2019 47 QUÍMICA http://slidepdf.com/reader/full/47-quimica 1/81 1 Dirección de Preparatoria Abierta Estado de México Material de apoyo didáctico: (47) Química Cuarto Semestre Consideraciones para uso: - El material didáctico sólo es un referente para la mejor comprensión de los libros de texto y alcanzar los objetivos planteados. - Está basado en los libros de texto y programas de estudio que comprende el Plan Tradicional de Preparatoria Abierta

47 QUÍMICA

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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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40

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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8

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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9

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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10

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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11

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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13

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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15

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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16

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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24

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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42

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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43

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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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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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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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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8

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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9

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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10

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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11

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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13

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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16

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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17

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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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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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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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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62

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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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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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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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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8

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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10

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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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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69

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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70

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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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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8

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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16

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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17

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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35

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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36

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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37

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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40

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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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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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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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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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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43

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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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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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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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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9

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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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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69

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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17

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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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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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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17

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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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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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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33

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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13

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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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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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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17

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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36

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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37

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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54

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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15

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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17

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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33

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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49

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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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24

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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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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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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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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43

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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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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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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43

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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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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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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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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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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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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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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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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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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70

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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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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49

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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50

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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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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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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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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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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35

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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37

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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38

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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39

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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40

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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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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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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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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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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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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64

-

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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35

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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51

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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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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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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40

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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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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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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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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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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40

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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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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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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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

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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49

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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50

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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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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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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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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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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39

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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40

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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41

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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54

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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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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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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50

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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51

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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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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51

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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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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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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41

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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42

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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51

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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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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43

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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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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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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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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69

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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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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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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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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54

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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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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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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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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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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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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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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69

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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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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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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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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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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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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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

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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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 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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70

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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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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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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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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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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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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68

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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69

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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70

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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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

-

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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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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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

-

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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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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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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70

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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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

-

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 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

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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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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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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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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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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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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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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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 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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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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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

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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

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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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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