GuíaQII 2015_2016

GUÍA ILUSTRADA PARA EL CURSO DE QUÍMICA II

Unidad 1: Suelo, fuente de

nutrimentos para las plantas.

Unidad 2: Alimentos,

proveedores de sustancias

esenciales para la vida.

Unidad 3: Medicamentos, productos químicos para la salud.

UNAM

UNIVERSIDAD NACIONAL

AUTÓNOMA DE MÉXICO ESCUELA NACIONAL COLEGIO

DE CIENCIAS Y HUMANIDADES PLANTEL VALLEJO

CCH

Elaboró: Antonio Rodríguez Ramírez

2015

GUÍA ILUSTRADA PARA EL CURSO DE QUÍMICA II

Unidad 1: Suelo, fuente de

nutrimentos para las plantas.

Unidad 2: Alimentos, proveedores

de sustancias esenciales para la

vida.

Unidad 3: Medicamentos, productos químicos para la salud.

UNAM

UNIVERSIDAD NACIONAL

AUTÓNOMA DE MÉXICO ESCUELA NACIONAL COLEGIO

DE CIENCIAS Y HUMANIDADES PLANTEL VALLEJO

CCH

Elaboró: Antonio Rodríguez Ramírez

Revisó: Jesús Maza Álvarez. Titular C, Carlos Goroztieta y Mora. Asociado C, Lorenzo Vega Suárez. Titular C, Karla Goroztieta Rosales. Asignatura A, Braulio Eduardo Díaz Gutiérrez. Asignatura A, Osvaldo García García Asignatura A.

UNIDAD 1 SUELO

FUENTE DE NUTRIMENTOS

PARA LAS PLANTAS

I

INDICE

UNIDAD I. SUELO, FUENTE DE NUTRIMENTOS PARA LAS PLANTAS.

Ejercita lo aprendido 8

Ejercicios de autoevaluación 9 ¿CÓMO SE CLASIFICAN LOS COMPONENTES SÓLIDOS DEL SUELO? 10

Mapa conceptual del apartado 10

Material orgánico 11

Material inorgánico (minerales) 11

Clasificación de minerales 13


Ejercicios de autoevaluación 15

¿DE QUÉ ESTA FORMADA LA PARTE INORGÁNICA DEL SUELO? 16


Identificación de cationes a la flama 17


Ejercicios de autoevaluación ¿QUÉ SON LAS SALES Y QUÉ PROPIEDADES TIENEN?

19 20


Propiedades de las sales 22

Reglas de solubilidad 23

Electrolitos y no electrolitos 23

Solvatación de los compuestos iónicos 24

Oxidación- reducción 25


Ejercicios de auto evaluación 27

¿CÓMO SE REPRESENTAN Y NOMBRAN LAS SALES EN EL LENGUAJE DE LA QUÍMICA?

30


Nomenclatura inorgánica 31

Número de oxidación 31

Reglas para asignar números de oxidación 31

Tabla de cationes y aniones 33

Nomenclatura: sistemática, stock y tradicional 34



¿POR QUÉ ES IMPORTANTE EL SUELO? 1


Funciones del suelo 2

El suelo como recurso natural 2



¿QUÉ ES EL SUELO? 5

Mapa conceptual 5

Fases del suelo (sólida, líquida y gaseosa) 6

II

Métodos de obtención de sales 42

Nombre y fórmula de ácidos hidróxidos y sales 44

Oxidación – reducción 44



¿CÓMO AYUDA LA QUÍMICA A DETERMINAR LA CANTIDAD DE SUSTANCIAS

QUE INTERVIENEN EN LAS REACCIONES DE OBTENCIÓN DE SALES? 50

Mapa conceptual 50

Masa atómica, masa molecular, masa molar y masa fórmula 51

Determinación de masas atómicas, masa molecular y masa fórmula 52

Interpretación cuantitativa de una ecuación química 53

El Mol y Número de Avogadro 54

Estequiometría 55

Ley de Proust 56

Problemas de estequiometría: relación mol – mol y masa - masa 58



¿QUÉ IMPORTANCIA TIENE CONOCER LA ÁCIDEZ DEL SUELO? 68


Degradación del suelo 75

Fertilizantes 76

Contaminación de suelos 76

Causas de la contaminación del suelo 77

Cultivo sin suelo (hidroponía) 77

¿CUÁL ES EL ALIMENTO PARA LAS PLANTAS? ¿CÓMO MEJORAR UN SUELO DEFICIENTE EN SALES? ¿CÓMO SE OBTIENEN LAS SALES?

40


Nutrientes para las plantas 41

¿Cómo mejorar un suelo deficiente en sales? 42

Mapa conceptual 68

Características de los ácidos y las bases 69

Tabla de indicadores El pH y su escala

69 69

Neutralización ácido - base 71

Definición de ácido y base según Arrhenius 71



¿PORQUÉ ES NECESARIO PRESERVAR EL SUELO? ¿ES EL SUELO UN RECURSO NATURAL INAGOTABLE?

75

III

2A UNIDAD ALIMENTOS, PROVEEDORES DE SUSTANCIAS ESENCIALES PARA LA VIDA

¿PORQUÉ COMEMOS? 79

Mapa conceptual 79

Diferencia entre comer y nutrirse 80

Obesidad y desnutrición 81

Medición del sobrepeso y la obesidad 81

Ejercita lo aprendido ¿QUÉ TIPO DE SUSTANCIAS CONSTITUYE A LOS ALIMENTOS? Mapa conceptual Los alimentos como mezclas Diferencias entre compuestos orgánicos e inorgánicos

82 84 84 85 86




¿QUÉ DETERMINA LAS PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS DEL CARBONO? Mapa conceptual del apartado

99

99

Definición de grupo funcional 100

Principales grupos funcionales: Alcoholes

100 100

Aldehídos y cetonas 100

Ácidos carboxílicos 101

Ésteres 101

Éteres 102

Aminas Amidas

102 102

Resumen de grupos funcionales 103

¿POR QUÉ EL CARBONO ES EL ELEMENTO PREDOMINANTE EN LOS ALIMENTOS?

90

Alimentación saludable 90

Mapa conceptual 91

Macro y micro nutrientes 91

Clasificación de nutrientes 92

El átomo de carbono 92

Tabla de electronegatividad de Pauling 93

Enlaces covalentes sencillos, dobles y triples 93

Fórmula molecular, desarrollada y condensada 94

Clasificación de hidrocarburos 95

Fórmulas semidesarrolladas de hidrocarburos sencillos 95

Importancia de la posición de los átomos en las moléculas 96


IV

Identificación de grupos funcionales en productos de uso cotidiano 104

Factores que determinan las propiedades de los compuestos orgánicos 105

Enlaces más débiles que el enlace covalente 105

Fuerzas dipolo – dipolo, Fuerzas de dispersión de London y Enlaces puente de hidrógeno

105

Moléculas con grupos funcionales 107

Evaluación formativa Evaluación sumativa

108 109

Evaluación sumativa 125

¿QUÉ GRUPOS FUNCIONALES ESTÁN PRESENTES EN LOS NUTRIMENTOS ORGÁNICOS? ¿CUÁL ES LA FUNCIÓN EN EL ORGANISMO DE LOS NUTRIMENTOS? ¿HAY RELACIÓN ENTRE LA ESTRUCTURA DE LOS NUTRIMENTOS Y SU FUNCIÓN EN EL ORGANISMO?

110

Mapa conceptual 110

Carbohidratos 111

Enlace glucosidico 111

Lípidos 111

Ácidos grasos 111

Proteínas 113

Enlace peptídico 114

Vitaminas 114

¿CÓMO SE OBTIENE LA ENERGÍA NECESARIA PARA REALIZAR LAS FUNCIONES VITALES A PARTIR DE LA OXIDACIÓN DE LAS GRASAS Y LOS CARBOHIDRATOS?

116

Energía a partir de la glucosa 116

Energía producida por la oxidación de carbohidratos 117

Oxidación de lípidos (ácidos grasos) 117

Evaluación formativa Evaluación sumativa ¿CÓMO SE CONSERVAN LOS ALIMENTOS?

118 119 121

Técnicas de conservación de los alimentos: 121

Refrigeración y congelación 121

Los aditivos 122

Esterilización Pasteurización

122 122

Deshidratación 123

Enlatado al vacio 123

Ahumado 124

Salado de alimentos 124

Recomendaciones 126

Conclusión 126

V

3A UNIDAD

MEDICAMENTOS, PRODUCTOS QUÍMICOS PARA LA SALUD 127

Mapa conceptual 128

Aspirina “legado de la medicina tradicional” 129

Síntesis de la aspirina 130

Fuentes de obtención de medicamentos Principio activo

130 131

Etapas importantes en el desarrollo de medicamentos 131

Métodos extractivos a partir de la droga 131

Importancia del análisis y síntesis químico 134

Identificación de grupos funcionales en moléculas de medicamentos 135

Tabla de algunos grupos funcionales en medicamentos 135

Grupos funcionales en medicamentos tipo aspirina 136

Relación entre la estructura molecular y las propiedades de los compuestos Evaluación formativa

137

139

Evaluación sumativa 140

Bibliografía 141

Tabla periódica de los elementos

142

1

¿POR QUÉ ES IMPORTANTE EL SUELO?

APRENDIZAJES TEMÁTICA

Reconoce al suelo como una mezcla heterogénea a partir de la identificación de sus componentes. (N3)

MEZCLA Concepto (N2) Clasificación en homogéneas y heterogéneas (N3) El suelo como una mezcla heterogénea(N3)

Mapa conceptual de lo que aprenderás en este apartado

es importante como

es

como

alimenta

Introducción

"Los Caras pálidas tratan a la tierra madre y al cielo padre como si fueran simples cosas que se compran, como si fueran cuentas de collares que intercambian por otros objetos. El apetito de los Caras pálidas terminará devorando todo lo que hay en las tierras hasta convertirlas en desiertos”. El párrafo anterior es un fragmento de la carta del jefe Piel Roja de Seattle, como

respuesta a la petición de compra de sus tierras, que le hizo el presidente de los

Estados Unidos de Norteamérica en 1854. Manifiesta el aprecio y respeto que las

antiguas culturas tenían sobre el medio ambiente. Otro párrafo dice: "Los Caras

pálidas no conocen las diferencias que hay entre dos terrones. Ustedes son

extranjeros que llegan por la noche a usurpar de la tierra lo que necesitan. No

tratan a la tierra como hermana sino como enemiga".

Lo anterior quiere decir que los indígenas conocían la tierra y cómo trabajarla

para obtener su alimento y reclamaban a los invasores el maltrato hacia la misma.

SUELO

Hábitat de

organismos

Amortiguador

del clima

Animales Plantas

Productor de

alimentos

Productor de fibras

para vestido y maderas

Recurso

natural

Soporte y proveedor de

nutrimentos para las plantas

2

Funciones del suelo: relaciones suelo-plantas-animales-hombres

El suelo tiene una gran importancia en el desarrollo de la humanidad; es el asiento

de la producción vegetal e indirectamente de la animal, ya que de él dependen los

animales útiles para el hombre, como vacas, cerdos, ovejas y aves de corral.

Si sus condiciones físicas y químicas son las apropiadas es el lugar adecuado

para una gran diversidad de organismos vivos. La vida del suelo juega un papel

relevante en los cambios que constantemente ocurren en él. En los suelos

abundan diversos organismos: bacterias, gusanos, insectos, roedores, hongos,

etcétera. La mayoría de las reacciones que se desarrollan en él son, directa o

indirectamente, de naturaleza bioquímica, es decir, desarrolladas por

microorganismos que habitan en él. Las actividades de los organismos varían

desde la compleja desintegración de residuos vegetales por insectos y gusanos,

hasta la descomposición completa de estos mismos por los microorganismos

(hongos y bacterias).

El suelo como un recurso natural

Los recursos naturales son materiales o productos que proporciona la naturaleza, le dan potencialidad y riqueza a una nación y son aprovechados por el hombre para su beneficio. Se clasifican en:

Renovables: son los que tienen la posibilidad de regenerarse después de un tiempo más o menos breve, como: los bosques.

No renovables: una vez agotados no pueden regenerarse, como: yacimientos minerales, combustibles fósiles y nucleares.

Debido a que la mayoría de los suelos requieren de miles de años e inclusive

millones de años para su formación (1 cm de espesor puede tardar 300 años en

formarse), una vez que han sido erosionados, resulta muy difícil recuperarlos, por

lo que se considera un recurso natural no renovable.

Por otro lado, el suelo es un amortiguador de los cambios climáticos pues amplía o

atenúa los efectos del clima, por ejemplo, atenuando los efectos de la radiación

solar al absorber una parte de ésta.

3

Ejercita lo aprendido

Para las siguientes afirmaciones escribe dentro del paréntesis (V) si es verdadero

y (F) si es falso.

( ) El suelo es un recurso que se renueva con el cultivo

( ) El papel principal que cumple el suelo es la construcción de viviendas y

carreteras

( ) La función más importante del suelo es la de productor de alimentos

( ) En el suelo ocurren procesos químicos, físicos y biológicos

( ) La función más importante del suelo es la captación y filtración de agua.

Contesta lo que se solicita:

1. Elabora un esquema o dibujo que muestre la relación suelo-plantas-

animales-hombre, en la naturaleza.

2. ¿Por qué se afirma que la función más importante del suelo es la de

productor de alimentos? Explica.

3. ¿Qué tipo de recurso es el suelo y qué se requiere para preservarlo?

4. ¿Por qué es importante el suelo para el hombre, para los animales y para

las plantas?

5. Además de la función de productor de alimentos, menciona dos funciones

más que cumpla este recurso.

4

Ejercicios de autoevaluación

1. ( ) La función más importante del suelo para el ser humano es:

a) la construcción de viviendas b) la construcción de carreteras c) la de productor de alimentos d) ser la vía de captación y filtración de agua

2. ( ) Sostén de las plantas y productor de alimentos son unas de las principales

funciones de:

a) la biosfera b) el suelo c) el agricultor d) la energía solar

3. ( ) El suelo es importante para el hombre, para los animales y para las plantas porque:

a) Está compuesto de arcilla y compuestos orgánicos

b) Está formado de materia orgánica e inorgánica

c) Tiene yacimientos minerales

d) Es su principal productor de alimentos

4. ( ) El suelo se considera como un recurso renovable porque:

a) Permite que crezcan diversos tipos de plantas

b) Se pueden cultivar todo tipo de vegetales

c) Tiene la posibilidad de regenerarse después de un tiempo más o menos

breve

d) Funciona como hábitat para los organismos

Respuestas: 1C, 2B, 3D, 4C.

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/reyescatolicos/celebraciones/Andalucia08/chico estudiando.gif

5

¿QUÉ ES EL SUELO?


Reconoce al suelo como una mezcla heterogénea a partir de la identificación de sus componentes. (N3)

MEZCLA Concepto (N2) Clasificación en homogéneas y heterogéneas (N3) El suelo como una mezcla heterogénea (N3)


posee

por lo que es

y se clasifica como

Introducción

En el laboratorio de Ciencias del CCH Vallejo, un equipo de estudiantes con la

finalidad de contestar el apartado ¿Qué es el suelo? realizaron la siguiente

actividad experimental:

Material Sustancias

Soporte universal completo Muestra de suelo

Tubos de ensayo con pinzas Agua oxigenada (H2O2)

Cápsula de porcelana Microscopio estereoscópico

gotero Porta objetos

SUELO

sólidos porosidad humedad

Mezcla de sólidos, gases y líquido

Mezcla heterogénea

6

Fases del suelo

1. Observaron una muestra de suelo al microscopio como muestra la imagen:

2. Agregaron una pequeña muestra de suelo a un tubo de ensayo, lo pusieron al

mechero y observaron lo siguiente:

3. Calentaron una muestra de suelo en un crisol hasta su calcinación observándose

los siguiente:

7

4. Posteriormente tomaron una muestra de suelo y la agregaron a una cápsula de

porcelana, adicionaron unas gotas de agua oxigenada a la muestra y observaron

efervescencia, determinando que la materia orgánica se puede identificar con

H2O2.

5. Finalmente agregaron una muestra de suelo a otro tubo de ensayo, le dieron unos pequeños golpes al tubo con la muestra sobre una franela, agregaron 5 mL de agua y observaron lo siguiente:

En base a tus conclusiones contesta lo siguiente:

8


Para las siguientes afirmaciones escribe dentro del paréntesis (V) si es verdadero

y (F) si es falso.

El suelo:

( ) es un elemento químico.

( ) es un compuesto químico.

( ) está formado únicamente por minerales.

( ) es una mezcla homogénea formada por componentes sólidos.

( ) es una mezcla heterogénea que contiene sólidos, agua y aire.

( ) está formado de materia orgánica, composición mineral, agua y aire.


1. ( ) Al estar constituido por una parte sólida, una parte gaseosa y una parte líquida, el suelo es considerado como:

a) Una mezcla homogénea b) Una mezcla heterogénea c) Un compuesto orgánico d) Un compuesto inorgánico

2. ( ) A la propiedad física del suelo que le permite almacenar entre sus huecos, gases (O2 y CO2), se le llama:

a) Dureza b) Impenetrabilidad c) Solubilidad d) Porosidad

3. ( ) Una muestra de suelo es analizada por unos estudiantes, al agregarle una gota de agua esta es absorbida entre los poros, esto demuestra que en el suelo hay:

a) arena y la grava b) insectos vivos c) espacios de aire d) una parte líquida dentro del suelo


9

4. ( ) Al agregar agua oxigenada a una pequeña muestra de suelo se produce una efervescencia. Esto es una evidencia de que la muestra contiene:

a) cuarzo b) arena c) materia orgánica d) sales inorgánicas

5. ( ) Una pequeña muestra de suelo se coloca dentro de un crisol y se calienta fuertemente con un mechero hasta su calcinación, después de un tiempo se observa la presencia de un sólido negro, lo que permite afirmar que se quemó:

a) la grava b) la arena c) la materia orgánica d) el cuarzo

6. ( ) Una pequeña muestra de suelo se coloca dentro de un tubo de ensaye y se pone a calentar suavemente en un mechero, después de un momento se observa vapor de agua condensándose en las paredes del tubo, esto demuestra que un componente del suelo es:

a) la arena b) la grava c) el aire d) el agua

7. ( ) Un estudiante observa al microscopio una pequeña muestra de suelo, encontrando pequeños trozos de cuarzo, y otros minerales. Lo anterior permite afirmar que el suelo contiene:

a) materia orgánica b) sustancias inorgánicas c) aire y agua d) sales disueltas en agua

8. ( ) Después de analizar una muestra de suelo, un estudiante reporta que ésta se compone de minerales, materia orgánica, poros (aire) y agua. Estos componentes permiten confirmar que el suelo es:

a) un elemento b) un compuesto c) una mezcla homogénea d) una mezcla heterogénea

Respuestas:1B, 2D, 3C, 4C, 5C, 6D, 7B, 8D.

10

¿Cómo se clasifican los componentes sólidos del suelo?


Reconoce a la parte sólida del suelo como una mezcla formada por materia orgánica e inorgánica. (N2)

MEZCLA Concepto (N2) COMPUESTO Concepto (N2) Clasificación en orgánicos e inorgánicos (N2)


es una

formada por partes

es una mezcla de

Introducción

“LOS COMPONENTES SÓLIDOS DEL SUELO”

Material orgánico

Este componente del suelo está formado por restos vegetales y animales en

diferente estado de descomposición constituidos por sustancias hechas de

carbono; de la descomposición de estos restos se forma el “humus” que es el que

le da el color oscuro al suelo. La última etapa de la descomposición de la materia

orgánica llamada “mineralización” consiste en la destrucción total de los restos

orgánicos que se transforman en compuestos inorgánicos sencillos debido a la

actividad de los microorganismos (hongos y bacterias).

SUELO

Mezcla heterogénea

Líquida Sólida Gaseosa

Materia orgánica Materia inorgánica

11

Material inorgánico

Consiste en partículas de roca que se han formado por desgaste bajo la acción de

los agentes atmosféricos, constituye la porción principal de la parte sólida de la

gran mayoría de los suelos. Su aporte varía desde un 99.5% en la superficie de

los suelos en regiones muy secas a menos de un 10% en los suelos llamados

orgánicos derivados de pantanos. Representa la parte más estable del suelo

aunque por efecto de la desintegración de las rocas por procesos físicos, químicos

y/o biológicos, experimenta cambios lentos.

La parte inorgánica del suelo la constituyen los minerales

12

Algunos minerales presentes en el suelo y fórmulas

Grafito C Cobre Cu Galena PbS Esfalerita(Zn,Fe)S Calcopirita CuFeS2

Pirita Geotita Magnetita Hematita Malaquita FeS2 FeO(OH) Fe3O4 Fe2O3 Cu2 CO3 (OH)2

Fluorita CaF2 Halita NaCl Calcita CaCO3 Calcita CaCO3 Dolomita CaMg(CO3)2

Barita BaSO4 Yeso CaSO4.2H2O Cuarzo SiO2 Cuarzo SiO2

Talco Mg3Si4O10(OH) Muscovita (mica) KAl2(Sl3Al)O10(OH)2 Olivino (Mg,Fe)2SlO4

13

Clasificación de minerales por composición química

Ejercita lo aprendido 1. ( ) Escribe dentro del paréntesis la letra de la opción correcta. La parte sólida

del suelo es una mezcla formada por:

a) Únicamente materia orgánica vegetal

b) Únicamente materia orgánica animal

c) Únicamente materia viva

d) Materia orgánica e inorgánica

14

2. Escribe dentro del paréntesis una (V) si el enunciado es verdadero o una (F) si

es falso.

( ) La parte sólida del suelo es una mezcla homogénea.

( ) La materia inorgánica está formada por minerales.

( ) La materia orgánica está constituida por restos vegetales y animales.

( ) La parte inorgánica del suelo se carboniza al sufrir un fuerte

calentamiento.

( ) El agua oxigenada reacciona con la materia orgánica del suelo.

( ) La parte sólida del suelo está formada por materia orgánica e inorgánica.

( ) Los minerales son compuestos orgánicos.

3. Realiza una clasificación de minerales como se indica en la siguiente tabla:

Elementos nativos

Óxidos

Sulfatos

Sulfuros

Carbonatos

Haluros

Silicatos

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

Nombre Fórmula

15


1. La materia orgánica del suelo está constituida por:

a) plantas en crecimiento

b) animales que se alimentan del suelo

c) la relación suelo-plantas-animales-hombre

d) restos vegetales y animales en descomposición

2. Una forma de determinar, experimentalmente, la presencia de materia orgánica

del suelo es,

a) al reaccionar carbonatos con ácido clorhídrico

b) al disolver la muestra en agua destilada

c) al producir efervescencia con agua oxigenada

d) al evaporar la parte líquida del suelo

3. Los componentes inorgánicos del suelo son:

a) los hidrocarburos

b) los minerales

c) los restos vegetales

d) los animales en descomposición

4. Los materiales inorgánicos del suelo son:

a) partículas formadas por desgaste de las rocas

b) mezclas homogéneas en disolución acuosa

c) mezclas heterogéneas de gases y líquidos

d) compuestos del carbono en descomposición

5. Los tipos de componentes que forma la parte sólida del suelo son:

a) arena y grava de distintos tamaños

b) arcilla fina y arena gruesa

c) materia orgánica y material inorgánico

d) mezclas de compuestos del carbono

Respuestas: 1D, 2C, 3B, 4A, 5C.


16

¿DE QUÉ ESTÁ FORMADA LA PARTE INORGÁNICA DEL SUELO?


Señala cuáles son los cationes y aniones que generalmente están presentes en la parte inorgánica del suelo. (N1) Reconoce que los compuestos inorgánicos se clasifican en óxidos, hidróxidos, ácidos y sales. (N2)

ESTRUCTURA DE LA MATERIA Catión y anión (N1) Iones monoatómico y poliatómico (N1) COMPUESTO Clasificación en óxidos, hidróxidos, ácidos y sales (N2)


formada por

se clasifican en

formadas por

Se clasifican en

PARTE INORGÁNICA

DEL SUELO

Compuestos inorgánicos

Óxidos Hidróxidos Ácidos Sales

Aniones Cationes

Monoatómicos Poliatómicos

FeO,

Al2O3,

SnO,

CuO

Fe(OH)2

Al(OH)3

H2S,

H2CO3

S2-, Na+, K+, Mg2+,

Ca2+ ,Fe2+,3+, Al3+

CO32-

, NH4+

SO42-

, PO43-

CO32-

, SiO32-

, S2-

,

SO42-

, Cl-, NO3

-

PO43-

Na+, K

+, Mg

2+,

Ca2+

, NH4+,

Fe2+

, Fe3+

, Al3+

17

Introducción

La composición de la parte inorgánica del suelo permite destacar la clasificación

de los compuestos inorgánicos en óxidos, hidróxidos, ácidos y sales; y estas

últimas se pueden clasificar en carbonatos, sulfatos, nitratos, fosfatos, cloruros,

sulfuros y silicatos. La parte inorgánica del suelo está formada por sólidos solubles

en agua y sólidos insolubles. Los solubles junto con el agua forman la “disolución

de suelo” al disociarse se forman los iones (cationes y aniones), forma en la cual

los absorben las raíces de las plantas para nutrirse. Los iones pueden ser

monoatómicos (S2-,Na+,K+, Mg2+,Ca2+,Fe2+, Fe3+, Al3+) y poliatómicos (CO32-, NH4

+

SO42-, PO4

3-).

Identificación de cationes a la flama

El ensayo a la flama es un método de laboratorio establecido para identificar la

presencia de un elemento químico determinado en una muestra.

Primero se ajusta la llama del mechero hasta que sea incolora. Después se

coloca una pequeña cantidad de la sustancia que se desea analizar en la punta de

una varilla limpia de platino o de nicromo (una aleación de níquel y cromo) y se

introduce la varilla en la llama.

Los elementos mostrados dan un color característico a la llama:

Catión Color que le confiere a la flama

Ca2+ rojo ladrillo

Na+ amarillo intenso

Ba2+ verde amarillento

Cu2+ verde

K+ violeta

Mg2+ blanco

18


1. Los siguientes son algunos iones que están presentes en la parte inorgánica del

suelo: CO32-, Na+, SO4

2-, K+, Cl-, Mg2+, Ca2+, PO43-, Fe2+, NO3

-, S2-, Cl-, Al3+, Fe3+,

SiO32-, SO3

2-, NH4+. Clasifícalos de acuerdo a las siguientes categorías:

- Cationes monoatómicos: _____________________________ - Cationes poliatómicos: ______________________________ - Aniones monoatómicos: _____________________________ - Aniones poliatómicos: _______________________________

2. Escribe dentro del paréntesis una (V) si el enunciado es verdadero o una (F) si

es falso. Argumenta tu respuesta

( ) Las sales al disolverse se disocian en forma de iones

( ) Los cationes son iones negativos

( ) Los iones metálicos como el ion sodio son positivos

( ) En la parte inorgánica del suelo hay presencia de iones nitrato y carbonato

( ) Son ejemplos de aniones el fosfato PO43- y el sulfuro S2-

( ) Los iones se clasifican en polares y no polares


1. Inciso que contiene algunos de los cationes presentes en el suelo

a) N2, O2, H2, C b) Fe2+, K+, Na+, Ca2+ c) Au, Ag, Cu, Pt d) O2-, S2-, Cl-, F-

2. Inciso que contiene algunos aniones a) NO3

-, CO32-, S2-, Cl-

b) Mg2+, Al3+, Fe3+, Si4+ c) NaOH, KOH, Mg(OH)2 d) H2S, H2O, HCl, CH4


19

3. Los compuestos inorgánicos se clasifican en: a) Iónicos y covalentes polares y no polares b) Monoatómicos, diatómicos y poliatómicos c) Monovalentes, divalentes, y polivalentes d) Óxidos, hidróxidos, ácidos y sales

4. Los compuestos: carbonato de sodio, sulfato de potasio, cloruro de magnesio y fosfato de calcio, presentes en el suelo son:

a) Sales b) Ácidos c) Hidróxidos d) Óxidos

5. Los compuestos CaO, Na2O y Al2O3 se clasifican como: a) Sales b) Ácidos c) Hidróxidos d) Óxidos

6. Las fórmulas NaOH, Ca(OH)2 y Al(OH)3 corresponden al tipo de compuestos llamados:


7. Sustancias como; MgCl, KBr y CaCO3, son: a) Sales b) Ácidos c) Hidróxidos d) Óxidos

8. Los compuestos que se representan con las fórmulas, H3PO4, H2CO3 y HNO3, se clasifican como:


9. ( ) En la parte inorgánica del suelo están presentes los aniones: a) Na2O, MgO, Al2O3, Fe2O3 b) CO3

2-, SO42-, Cl-, NO3

-, S2- c) Fe2(SO4)3, K2SO4, MgSO4, Al2(SO4)3 d) Fe2+, Na+, K+, Ca2+

10. ( ) En la parte inorgánica del suelo están presentes los cationes:

a) Na2O, MgO, Al2O3, Fe2O3 b) CO3

2-, SO42-, Cl-, NO3

-, S2- c) KOH, Mg(OH)2, Al(OH)3, Fe(OH)3 d) Fe2+, Na+, K+, Ca2+

Respuesta: 1B, 2A, 3D, 4A, 5D, 6C, 7A, 8B, 9B, 10D

20

¿QUÉ SON LAS SALES Y QUÉ PROPIEDADES TIENEN?


•Caracteriza a las sales iónicas mediante sus propiedades. (N2) •Reconoce que las sales son solubles y conductoras de la electricidad cuando están disueltas. (N2) •Explica el comportamiento de las sales mediante un modelo. (N3) •Explica la formación de iones (aniones y cationes) a partir de átomos neutros (metal y no metal) por medio de la transferencia de electrones. (N2) •Describe las características del enlace iónico. (N2) •Reconoce la existencia de fuerzas de atracción eléctrica entre cationes y aniones denominadas enlace iónico. (N3) •Explica, empleando modelos tridimensionales, por qué las sales son solubles y conductoras de la electricidad cuando están disueltas. (N3) •Diferencia la reducción de la oxidación en términos de ganancia y pérdida de electrones.(N2)

MEZCLA Concepto de disolución (N2) COMPUESTO Concepto de sales (N2) Propiedades de las sales(N2) Electrolitos (N1) REACCIÓN QUÍMICA Concepto (N2) Electrólisis (N2) Concepto de oxidación y reducción (N2) ESTRUCTURA DE LA MATERIA Concepto de ion (N2) Aniones y cationes (N2) Modelos de compuestos iónicos (N3) ENLACE QUÍMICO Concepto enlace iónico (N2) Representación del enlace iónico (N3) Propiedades inferidas a los compuestos (N3)

•Establece la relación entre las propiedades observadas en las sales y el enlace iónico. (N3)

21


Introducción

PROPIEDADES DE LAS SALES

Podemos decir que las sales son compuestos que se forman cuando un catión

(ion metálico o un ion poliatómico positivo) remplaza a uno o más de los iones

hidrógeno de un ácido, o cuando un anión (ion no metálico o un ion poliatómico

negativo) reemplaza a uno de los iones hidróxido de una base. Por consiguiente

una sal es un compuesto iónico formado por un ion con carga positiva (catión) y un

ion con carga negativa (anión). Son ejemplos de sales los compuestos binarios de

cationes metálicos con aniones no metálicos y los compuestos ternarios formados

por cationes metálicos o iones amonio con iones poliatómicos negativos.

SALE

Se caracterizan porque

PORQUE

Solubilidad en Agua

Muchas de ellas presentan

Si conducen la corriente eléctrica son

Electrolitos

Iones

NaCl

Tridimensional

Modelo de

compuesto iónico

Por existir en forma

de

Pueden ser

Unidos por fuerzas

de atracción eléctrica

forman

Presentes en

Enlaces Iónicos

Aniones: Cl- Cationes: Na+

No metal: Cl2 Metal: Na

Reduce Oxida

Electrones

se forma a partir de se forma a partir de

es la especie química que se es la especie química que se

Porque pierde Porque gana

22

Propiedades de los compuestos iónicos

Muchos se forman por la combinación de metales

reactivos con no metales reactivos.

Son sólidos cristalinos a temperatura ambiente. cristal de cloruro de sodio

Tienen elevadas temperaturas de fusión y ebullición, ya

que las fuerzas actuantes son suficientemente intensas

como para conferir al cristal iónico una elevada

estabilidad térmica, por lo que la destrucción de su

estructura requiere el suministro de cantidades

apreciables de energía.

En estado sólido, los compuestos iónicos no

conducen la electricidad, ya que los iones

tienen posiciones fijas y no pueden moverse

en la red iónica. Al fundirse o al disolverse, se

rompe la estructura cristalina, los iones

(cargas eléctricas) quedan libres y pueden

conducir la electricidad.

En general, los compuestos iónicos son solubles, lo son

en disolventes como el agua, pero no en otros

disolventes como la gasolina, el benceno o el

tetracloruro de carbono.

23

Reglas de solubilidad

Muchos de los compuestos iónicos que encontramos casi a diario, como la sal de

mesa, el bicarbonato para hornear y los fertilizantes para las plantas caseras, son

solubles en agua. Por ello, resulta tentador concluir que todos los compuestos

iónicos son solubles en agua, cosa que no es verdad. Aunque muchos

compuestos iónicos son solubles en agua, algunos son pocos solubles y otros

parcialmente no se disuelven. Esto último sucede no porque sus iones carezcan

de afinidad por las moléculas de agua, sino por que las fuerzas que mantienen a

los iones en la red cristalina son tan fuertes que las moléculas del agua no

pueden llevarse los iones.

Electrolitos y no electrolitos

“Agua dulce y “agua salada” son ejemplos de dos soluciones. Una diferencia

significativa entre las dos se puede demostrar con un conductímetro. Que consiste

en una fuente de electricidad que puede ser una batería o un contacto doméstico

conectado a un foco. Uno de los cables se corta y a las dos puntas se les retira el

aislamiento. Esto rompe el circuito. Si no juntamos las dos puntas, el foco no se

prende. Si estas puntas separadas se colocan en agua destilada o en una solución

de azúcar en agua, el foco no se enciende. No obstante, si son colocadas en una

solución de sal, el foco se ilumina. El agua pura y una solución de azúcar en agua

no conducen la electricidad y entonces no completan o cierran el circuito. El

azúcar y otros solutos no conductores se llaman no electrolitos. Una solución

acuosa de cloruro de sodio es un conductor eléctrico, y la sal es clasificada como

un electrolito. ¿Pero cómo explicamos esta diferencia?

En la siguiente figura se muestra como la disolución de cloruro de sodio conduce

la corriente eléctrica al introducir los electrodos y cerrar el circuito eléctrico y el

azúcar no.

http://www.edumedia-sciences.com/es/a817-conduccion-electrolitica-en-solucion

http://www.edumedia-sciences.com/es/a817-conduccion-electrolitica-en-solucion

24

El flujo de corriente eléctrica involucra el transporte de cargas eléctricas, por

consiguiente el hecho de que las disoluciones de cloruro de sodio conduzcan la

electricidad nos sugiere que ellas contienen especies cargadas eléctricamente.

Estas especies se llaman iones, del griego “viajero”. Cuando el cloruro de sodio se

disuelve en agua, se rompe en cationes cargados positivamente Na+ y aniones

cargados negativamente Cl-, que se mezclan uniformemente con las moléculas y

se dispersan por toda la solución. Como los aniones y los cationes están en

libertad de moverse dentro de la solución, ellos son los responsables de conducir

la electricidad, es decir, llevan consigo cargas eléctricas. Te sorprendería si te

decimos que los iones Na+ y Cl- existen tanto en el salero como en la sopa.

Veamos la razón, el cloruro de sodio es un arreglo cúbico tridimensional de iones

sodio y cloruro ocupando posiciones alternas. Estos iones de carga opuesta se

atraen una a otro por medio de enlaces iónicos que mantienen unido el cristal. En

un compuesto iónico tal como el NaCl no existen moléculas unidas por enlaces

covalentes, solo aniones y cationes.

Pero, ¿Por qué ciertos átomos pierden y ganan electrones para formar iones?

La respuesta involucra a la estructura electrónica. Un átomo de sodio tiene un solo

electrón en su último nivel de energía. Un átomo de cloro, tiene siete, para ambos,

la estabilidad se asocia con tener ocho electrones en su último nivel “Regla de

octeto”.

Enlaces iónicos que mantienen unido el cristal de NaCl

Los compuestos iónicos que se disocian totalmente en solución acuosa se

conocen como electrolitos fuertes, mientras que aquellas que se convierten

parcialmente en iones en solución, se conocen como electrolitos débiles.

Solvatación de los compuestos iónicos

Muchos compuestos iónicos son completamente solubles en agua. Cuando una muestra sólida es colocada en agua, las moléculas polares de H2O son atraídas hacia los iones individuales. El átomo de oxigeno de la molécula de agua tienen una carga neta negativa y es atraído hacia los cationes. Debido a su carga positiva, los átomos de hidrógeno del agua son atraídos hacia los aniones del soluto. Los iones son entonces rodeados por moléculas de agua, los cuales forman una pantalla impidiendo la atracción de los iones de cargas opuestas. La atracción anión-catión disminuye, mientras la atracción entre los iones y las moléculas de H2O es considerable. El resultado es que los iones son jalados fuera del sólido y hacia la solución. En disolución, los compuestos iónicos se ionizan en sus cationes y aniones.

25

La siguiente ecuación y la figura representan este proceso para el cloruro de sodio y agua:

NaCl(s) + H2O (l) Na+ (ac) + Cl-(ac).

Molécula ion sodio ion cloruro de agua Solvatación del cloruro de sodio en disolución acuosa

En la solvatación del cloruro de sodio en disolución acuosa se observa la organización de las moléculas de agua alrededor de los iones con los átomos de oxigeno más próximos a los cationes y los átomos de hidrogeno más próximos a los aniones. De esta forma existen los iones en solución. Formación de iones (aniones y cationes) a partir de átomos neutros (metal y no

metal) por medio de la transferencia de electrones.

El enlace iónico se forma por transferencia de electrones: un átomo dona a otro

átorno o átornos uno o más de sus electrones exteriores de enlace. El átomo que

pierde los electrones se convierte en un ion positivo o catión. El átomo que los

gana se convierte en un ion negativo o anión. El enlace iónico resulta de la

atracción electrostática entre iones de carga opuesta. Podemos ilustrar la

transferencia electrónica representando los electrones de enlace mediante puntos:

El electrón que el átomo de sodio pierde lo gana el átomo de cloro para formar un

ion sodio, Na+, y un ion cloruro Cl─. Los átomos de sodio se oxidan; los átomos

cloro se reducen. La oxidación y la reducción siempre ocurren juntas. Los no

metales oxidan a los metales; los metales reducen a los no metales.

Pérdida de electrones ( e- )

Ganancia de electrones ( e- )

Oxidación ─

Reducción ─

26

CONCEPTO DEFINICIÓN

1. ¿Qué es una sal? ( ) Partículas con carga eléctrica positiva (cationes) y negativa (aniones)

2. Dos propiedades de las sales iónicas.

( ) La formación de iones (aniones y cationes) ocurre cuando hay transferencia de electrones entre dos átomos.

3. Por qué una muestra de suelo seco (que contiene sales) no conduce la corriente eléctrica.

( ) Gana electrones y se convierte en anión.

4. Ecuación química para obtener una sal

( ) Las sales iónicas (compuestos inorgánicos) que contiene el suelo deben estar disueltas en agua para que formen los iones trasportadores de electrones (aniones y cationes).

5. Iones

( ) Se refiere a la cantidad máxima de soluto que podrá disolverse en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura y presión específica y se expresa en gramos de soluto por cada 100 g de disolvente, H2O.

6. ¿Cuándo se forman los iones?

( ) Se forma por las fuerzas de atracción eléctrica entre cationes y aniones y de él dependen las propiedades de las sales.

7. Electrolito ( ) Pierde electrones y se convierte en catión.

8. Enlace iónico ( ) Metal + no metal sal + agua

9. Catión

( ) Se forman cuando la sal se disuelve en agua y porque hay transferencia de electrones entre el metal y el no metal que forman la sal.

10. Anión

( ) Compuesto químico formado por iones con carga negativa (aniones) y positiva (cationes) cuando esta disuelto en agua.

11. Un metal se oxida porque

( ) Sustancias solubles y conducen la corriente eléctrica cuando están disueltas en agua.

12. Un no metal se reduce porque

( ) También se le llama disolución cuando las sales están disueltas en agua y porque en ella se forman y separan los iones (aniones y cationes).

13. Fuerzas de atracción eléctrica entre los aniones y los cationes

( ) Partícula con carga positiva.

14. Solubilidad ( ) Partícula con carga negativa.

Ejercita lo aprendido Relaciona las columnas colocando en el paréntesis el número que responda

correctamente al concepto con su definición.

27

Selecciona de las palabras que se encuentran al final la que responda a cada uno de los espacios. Palabras: Anión, catión, solubles, fusión, ebullición, electricidad, sólido, conducen,

iones, cationes, aniones, enlace iónico, oxida, reduce, oxidación

1.- Las sales son compuestos iónicos formados por ____________ y ____________. 2.- Algunas propiedades generales de las sales son: forman cristales, son mayoritariamente ____________ en agua, poseen puntos de ___________ y de ___________altos, fundidos o disueltos en agua conducen la ____________, su estado físico a temperatura ambiente es el estado ____________, las sales en estado sólidos no ____________ la electricidad. 3.- Al átomo o grupo de átomos cargados eléctricamente se les llama ___________, a los iones positivos se les nombra ___________ y a los iones negativos se les denomina ____________. A la fuerza de atracción electrostática entre iones de carga opuesta se le denomina ____________. 4.- Cuando un átomo gana electrones se dice que se ___________, si un átomo pierde electrones se ___________. 5.- El sodio metálico no tiene una fuerte tendencia a perder su único electrón externo y convertirse en Na+, o sea, el ión sódico. Este es un ejemplo de ___ ___________.


Selecciona el inciso que contiene la respuesta correcta:

1. ( ) Una sustancia posee las siguientes características: es soluble en agua, al

calentarlo se funde a altas temperaturas, está formada por cationes y aniones,

forma redes cristalinas. ¿A qué tipo de compuesto inorgánico corresponde?

a) hidróxido

b) ácido

c) óxido

d) sal

2. ( ) Sustancias que en disolución acuosa conducen la electricidad:

a) electrónicos b) electrodos c) electrones d) electrolitos

28

3. ( ) Cuando las moléculas del agua rodean a los iones de una sal iónica se produce la ________ de la sal, lo que permite el paso de la __________

a) fusión - ionización

b) disolución– electricidad

c) ebullición - disociación

d) concentración - saturación

4. ( ) El siguiente modelo:

muestra cómo las moléculas del disolvente (agua) rodean a los iones del soluto

separándolos del resto de la estructura, este proceso es una característica de las

sales, el cual se denomina.

a) red cristalina

b) punto de fusión

c) disolución

d) fragilidad

5. ( ) ¿Qué característica representa el siguiente modelo de una sal?

a) solvatación

b) solubilidad

c) fragilidad

d) red cristalina

6. ( ) A partir de átomos neutros los iones se forman por transferencia de electrones como en la siguiente figura conforme al modelo de Lewis:

Utilizando la representación anterior, selecciona el inciso correcto

a) el sodio acepta un electrón y el cloro acepta un electrón

b) el sodio cede un electrón y el cloro cede un electrón

c) el sodio cede un electrón y el cloro acepta un electrón

d) el sodio acepta un electrón y el cloro cede un electrón

29

7. ( ) Los metales reaccionan con los no metales formando sales, por medio de

transferencia de electrones. Selecciona el inciso que explique este

comportamiento.

a) los metales y los no metales aceptan electrones

b) los metales y los no metales ceden electrones

c) los metales ceden electrones y los no metales aceptan electrones

d) los metales aceptan electrones, los no metales ceden electrones

8. ( ) Selecciona el inciso que contenga dos características del enlace iónico

1) altos puntos de fusión

2) bajos puntos de ebullición

3) en disolución acuosa son buenos conductores

4) son solubles en disolventes orgánicos

a) 1,3

b) 1,4

c) 2,3

d) 2,4

9. ( ) De las siguientes figuras selecciona aquella que muestre la existencia de

fuerzas de atracción eléctrica entre aniones y cationes denominados enlaces

iónicos que posibilitan la formación de una red cristalina.

a b c d*

10. ( ) En las sales existen fuerzas de atracción eléctrica entre cationes y

aniones denominadas, enlaces:

a) covalentes

b) de hidrógeno

c) iónicos

d) metálicos

Respuestas: 1D, 2D, 3B, 4C, 5D, 6C, 7C, 8A, 9C, 10C.

30

¿CÓMO SE REPRESENTAN Y NOMBRAN LAS SALES EN

EL LENGUAJE DE LA QUÍMICA?


● Escribe fórmulas de sales aplicando el número de oxidación. (N3) ● Asigna el nombre químico a las fórmulas de los compuestos estudiados. (N3)

ELEMENTO Concepto de número de oxidación (N3) COMPUESTO QUÍMICO: Fórmulas de cloruros, sulfuros, nitratos, carbonatos, sulfatos y fosfatos (N3) Nomenclatura de cloruros, sulfuros, nitratos, carbonatos, sulfatos y fosfatos N3 Aplicación del número de oxidación en la escritura de fórmulas (N3

Mapa conceptual de lo que aprenderás en el apartado

31

Introducción

En este apartado se abordaran los conceptos de número de oxidación, fórmulas

de sales aplicando el número de oxidación en compuestos de sales como:

cloruros, sulfuros, nitratos, carbonatos, sulfatos y fosfatos. Se aplicaran las reglas

de nomenclatura para nombrar a las sales. Se hará énfasis en los fertilizantes

(sales con iones poli atómicos) tales como: Cloruro de potasio, sulfato de potasio,

nitrato de potasio, sulfato de amonio, nitrato de amonio, fosfato de amonio. Para

conducir al alumno a escribir fórmulas de sales, así como asignar el nombre a

dichos compuestos.

NOMENCLATURA INORGÁNICA

La nomenclatura se encarga de asignar nombres a los distintos compuestos

químicos, de forma que podamos dar un nombre a un compuesto químico si

conocemos su fórmula y, al revés, podamos indicar la fórmula del compuesto si

conocemos su nombre.

Vamos a aprender a nombrar algunos compuestos inorgánicos partiendo de los

más sencillos hasta llegar a los más complejos, pero antes de eso vamos a ver

como se calculan los números de oxidación de los elementos de un compuesto.

Número de oxidación o estado de oxidación.

Los números de oxidación son unos números, positivos o negativos,

que se asignan a cada uno de los átomos de un compuesto. Cada

elemento solo puede adoptar ciertos números de oxidación en un compuesto

inorgánico. Para determinar el número de oxidación de un elemento en un compuesto cuya

fórmula conocemos se siguen una serie de reglas.

Reglas para asignar número de oxidación Las más importantes son: ● El número de oxidación de cualquier elemento es cero, sin importar si se trata de un elemento monoatómico, como el sodio (Na), o diatómico como el oxígeno (O2).

● En compuestos iónicos, el número de oxidación del metal corresponde al de su carga y, por tanto, es igual que el grupo de la tabla periódica al que pertenece. Por ejemplo, en el NaCl (cloruro de sodio) el sodio tiene un número de oxidación de +1. En el CaCl2 (cloruro de calcio), el número de oxidación del calcio es +2. ● Al oxígeno se le asigna un número de oxidación de –2, excepto en contados casos, como en el agua oxigenada, donde tiene número de oxidación de –1.

32

● Al hidrógeno se le asigna un número de oxidación de +1, excepto en los hidruros metálicos, donde es –1. ● El número de oxidación de un elemento es igual al grupo de la tabla periódica que le corresponde. Por ejemplo, el sodio está en el grupo 1 y el calcio en el grupo 2, por lo que sus números de oxidación son +1 y +2, respectivamente. Si el número de grupo en la tabla rebasa el número diez, se resta 10 al número del grupo y ése es el número de oxidación. Por ejemplo, el galio (Ga) se encuentra en el grupo 13 y el silicio (Si) en el grupo 14 y sus números de oxidación son, respectivamente, +3 y +4. ● La suma de todos los números de oxidación de los elementos en un compuesto debe ser igual a cero. Por ejemplo, en el Na2O (óxido de sodio), se tienen dos cargas positivas (al haber dos sodios con número de oxidación de +1) y dos cargas negativas de un oxígeno, por lo tanto: 2(+1) + (–2) = 0. ● Si se tiene un ion atómico, el número de oxidación debe ser igual al de su carga. Por ejemplo, para la especie K+, el número de oxidación es +1 y para la especie F– es –1. ● Si se tiene un ion poliatómico, la suma de todos los números de oxidación debe

ser igual a la carga del ion. Por ejemplo, en el ion PO4

3–, la suma de los números de oxidación de un fosforo y cuatro oxígenos debe ser igual a –3, debido a que el número de oxidación del fosforo es +5.

Tabla de números de oxidación

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ANIONES NOMBRE CATIONES NOMBRE

F ─ Fluoruro Cr 6+ Cromo (VI) Cromico

Cl ─ Cloruro Cr 3+ Cromo (III) Cromoso

Br ─ Bromuro Fe 2+ Hierro (II) Ferroso

I ─ Yoduro Fe 3+ Hierro (III) Férrico

S2 ─ Sulfuro Co 2+ Cobalto (II) Cobaltoso

Se2─ Selenuro Co 4+ Cobalto (III) Cobáltico

(NO3) ─ Nitrato Ni 2+ Níquel (II) Niqueloso

(NO2) ─ Nitrito Ni 3+ Níquel (III) Niquelico

(PO3)3 ─ Fosfito Cu + Cobre (I) Cuproso

(PO4)3 ─ Fosfato Cu 2+ Cobre (II) Cúprico

(BO3)3 ─ Borato Hg + Mercurio (I) Mercuroso

(CO3)2 ─ Carbonato Hg 2+ Mercurio (II) Mercúrico

(AsO3)3 ─ Arsenito Sn 2+ Estaño (II) Estanoso

(AsO4)3 ─ Arseniato Sn 4+ Estaño (IV) Estánico

(SO3)2 ─ Sulfito Pb 2+ Plomo (II) Plumboso

(SO4)2 ─ Sulfato Pb 4+ Plomo (IV) Plúmbico

(ClO) ─ Hipoclorito Au + Oro (I) Auroso

(ClO2) ─ Clorito Au 3+ Oro (III) Áurico

(ClO3) ─ Clorato Zn 2+ Zinc

(ClO4) ─ Perclorato (NH4)

+ Amonio

(MnO4) ─ Permanganato Ag + Plata

(CrO4)2─ Cromato H + Ácido

(Cr2O7)2─ Dicromato

(CN) ─ Cianuro

(CH3COO)─ Acetato

(HCO3) ─ Carbonato ácido o

bicarbonato

(HSO3) ─ Sulfito ácido o bisulfito

(HSO4) ─ Sulfato ácido o bisulfato

(HS) ─ Bisulfuro

(HPO4)2─ Fosfato mono ácido

(H2PO4) ─ Fosfato diácido

(PO4)3─ Fosfato

(HPO3)2─ Fosfito mono ácido

(H2PO3) ─ Fosfito diácido

(PO3)3─ Fosfito

(OH) ─ Hidróxido o hidroxilo

O2─ Óxido

O22─ Peróxido

H ─ Hidruros metálicos

(S2O3)2 Tiosulfito

Tabla de cationes y aniones

34

NOMENCLATURA

Para nombrar los compuestos químicos inorgánicos seguiremos las normas

de la IUPAC (unión internacional de química pura y aplicada) aceptadas anterior a

las del 2005, debido a que para las actuales normas no contamos con la

bibliografía actualizada para su utilización y aplicación. Se trabajará con las

normas de la IUPAC 2000 para tres tipos de nomenclaturas de compuestos

inorgánicos: la sistemática, la nomenclatura stock y la nomenclatura tradicional.

Nomenclatura Sistemática

Para nombrar compuestos químicos según esta nomenclatura se utilizan los

prefijos: (mono_, di_, tri_, tetra_, penta_, hexa_, hepta_...) como prefijo del

elemento al que se refieren.

CO Monóxido de carbono

Cl2O3 Trióxido de dicloro

Nomenclatura de Stock

En este tipo de nomenclatura, se expresa el número de oxidación del elemento más electropositivo (metal) mediante números romanos entre paréntesis. Ejemplos:

Fe(OH)2 Hidróxido de hierro (II)

Fe(OH)3 Hidróxido de hierro (III)

Nomenclatura tradicional

Esta es la nomenclatura más ambigua y su uso únicamente se debe al estar

establecido por la costumbre.

Se basa en los prefijos PER- e HIPO- y en los sufijos -ICO y -OSO.

● Si hay una única valencia: -ICO.

● Si hay dos valencias: -ICO, -OSO.

● Si hay tres valencias: -ICO, -OSO, HIPO-... -OSO.

● Si hay cuatro valencias: PER-... -ICO, -ICO, -OSO, HIPO-... -OSO.

Por ejemplo:

Hierro (números de oxidación ( 2 y 3)

FeO Óxido ferroso.

Fe2O3 Óxido férrico.

35

Visualización de las tres nomenclaturas. Nomenclatura Sistemática, Nomenclatura de Stock y la Nomenclatura tradicional en el siguiente ejemplo:

Nomenclatura basada en las recomendaciones de la IUPAC 2000

Para los Óxidos metálicos (se recomienda usar la nomenclatura Stock)

Para los Óxidos no metálicos (se recomienda la nomenclatura sistemática)

Fórmula Nomenclatura Stock

K2O Óxido de potasio

Cu2O Óxido de cobre (I)

Fe2O3 Óxido de hierro (III)

CaO Óxido de calcio

Hg2O Óxido de mercurio (II)

Fórmula Nomenclatura sistemática

CO Monóxido de carbono

CO2 Dióxido de Carbono

SO Monóxido de azufre

SO2 Dióxido de azufre

N2O Monóxido de dinitrógeno

Cl2O5 Pentaóxido de dicloro

36

Para los Hidrácidos y oxiácidos (se recomienda la nomenclatura tradicional)

Fórmulas de: cloruros, sulfuros, nitratos, carbonatos, sulfatos y fosfatos. Nomenclatura de cloruros, sulfuros, nitratos, carbonatos, sulfatos y fosfatos. ANIONES CATIONES

Cloruros (Cl-)

Sulfuros (S2-)

Nitratos (NO3)

- Carbonatos (CO3)

2- Sulfatos (SO4)

2- Fosfatos (PO4)

3-

Na+

Sodio NaCl cloruro de sodio

K+

Potasio

K3PO4 fosfato de potasio

Ca2+ Calcio

CaCO3 carbonato de calcio

Mg2+ Magnesio

Mg(NO3)2 Nitrato de magnesio

Fe2+ Hierro

FeCO3 Carbonato ferroso o de hierro (II)

Fe3+ Hierro

Fe2S3 Sulfuro férrico o de hierro (III)

NH4

+

Amonio

(NH4)2S Sulfuro de amonio

Fórmula (en disolución)

NOMENCLATURA TRADICIONAL

HCl Ácido clorhídrico

HF Ácido fluorhídrico

HBr Ácido bromhídrico

H2S Ácido sulfhídrico

H2SO3 Ácido sulfuroso

H2SO4 Ácido sulfúrico

H3PO3 Ácido fosforoso

H3PO4 Ácido fosfórico

HNO3 Ácido nítrico

H2CO3 Ácido carbónico

37


1. Mapa conceptual

Instrucciones: Completar el Mapa Conceptual con los siguientes términos: amonio NH4

+, Anión no metálico, Anión poliatómico, Catión metálico, hierro (II) Fe2+ y hierro (III) Fe3+, Monovalente, Nombre común, Reglas de Nomenclatura, Sales binarias, sulfato de calcio.

38

2. Determina el número de oxidación de cada uno de los elementos que se

describen en las siguientes ecuaciones químicas.

a) K(s) + O2(g) K2O(s)

b) Na2O(s) + H2O(l) NaOH(ac)

c) NaOH(ac) + HCl(ac) NaCl(ac) + H2O(l)

3. Con tus respuestas del ejercicio anterior contesta las siguientes preguntas y

escribe tus conclusiones sobre el tipo de reacción que representa cada una de las

ecuaciones:

Preguntas Respuestas

¿Qué elementos cambiaron de número

de oxidación?

En la ecuación:

a)

b)

c)

Explica el cambio del número de

oxidación de cada uno de los

elementos?

En la ecuación: a) b) c)

4. Relaciona las siguientes columnas, escribe dentro del paréntesis la letra que

corresponda con la formula y nombre de los siguientes compuestos:

A) NH4Cl ( ) Fosfato de amonio

B) (NH4)2 SO4 ( ) Cloruro de amonio

C) NH4NO3 ( ) Sulfato de amonio

D) (NH4)3 PO4 ( ) Nitrato de amonio

5. Escribe las fórmulas resultantes al combinar cationes con aniones así como sus nombres, según el ejemplo.

ANIONES

CATIONES

Na+

Cl-

Cloruro

SO42-

Sulfato

NO3-

Nitrato

PO43-

Fosfato

NaCl

Cloruro de

sodio.

Fe3+

NH4+

39


1. ( ) El catión K+ está unido con el anión (NO3)- para formar el nitrato de

potasio, cuya fórmula química es:

a) K3NO3

b) K2(NO3)2

c) KNO3

d) K(NO3)3

2. ( ) El anión (PO4)3- se une con el catión Ca2+ para formar el fosfato de

calcio, cuya fórmula química es:

a) Ca3(PO4)2

b) PO4Ca

c) Ca2(PO4)3

d) PO4Ca2

3. ( ) El anión (CO3)2- se une con el catión Na+ para formar el carbonato de

sodio, cuya fórmula química es:

a) Na2(CO3)2

b) CO3Na

c) Na2CO3

d) CO3Na3

4. ( ) Nombre del compuesto que corresponde a la siguiente fórmula Fe2(CO3)3

a) carbonito de hierro I

b) carbonato de hierro II

c) bicarbonato de hierro II

d) carbonato de hierro III

5. ( ) Nombre del compuesto que corresponde a la siguiente fórmula NH4 NO3

a) nitrito de amonio

b) nitrato de amonio

c) nitrito de amonio IV

d) nitrato de amonio III

6. ( ) Nombre del compuesto que corresponde a la siguiente fórmula Ca3 (PO4)2

a) fosfato de calcio III

b) fosfito de calcio

c) fosfato de calcio

d) fosfito de calcio III

Respuestas: 1C, 2A, 3C, 4D, 5B, 6C.

40

¿Cuál es el alimento para las plantas? ¿Cómo mejorar un

suelo deficiente en sales? ¿Cómo se obtienen las sales?


● Describe algunos métodos de obtención de sales en el laboratorio. (N2) ● Identifica a las reacciones redox mediante la variación de los números de oxidación. (N2) ● Clasifica a las reacciones químicas en redox y no redox. (N3)

COMPUESTO

Concepto de ácido, base y sal (N2)

Nombre y fórmula de ácidos,

hidróxidos y

sales (N2)

REACCIÓN QUÍMICA

Concepto (N2)

Representación (N2)

Balanceo por inspección (N3)

Clasificación: redox y no redox (N3)

Mapa conceptual del apartado

41

NUTRIENTES PARA LAS PLANTAS

Las plantas requieren de muchos nutrientes químicos para vivir y desarrollarse, a estos elementos se les denomina nutriente pues son el alimento de las plantas. Los elementos fundamentales para la planta son 16. A partir del aire y del agua se obtienen de manera combinada el carbono, hidrogeno y oxígeno. Los 13 elementos restantes se toman principalmente del suelo. El nitrógeno, fosforo, potasio, calcio, magnesio y azufre se necesitan en cantidades relativamente grandes por lo que se les denomina macronutrientes. A los nutrientes que se requieren en cantidades considerablemente menores se les denomina micronutrientes e incluye el Mn, Fe, B, Zn, Cu, Mo, Cl. Los nutrientes se vuelven disponibles para las plantas a través de la desintegración de minerales y la descomposición de la materia orgánica, con excepción del nitrógeno que se incorpora al suelo al ser fijado de la atmosfera por medio de la acción microbiana de bacterias correspondientes al ciclo del nitrógeno. La fijación del nitrógeno es la combinación química del nitrógeno gaseoso con oxígeno e hidrogeno para formar el ion nitrato NO3

- o el ion amonio NH4

+. Los tres principales nutrientes de las plantas son N, P, K. Principales nutrientes y sus funciones

Nutriente Función forma

asimilable

Nitrógeno

Forma parte de proteínas y clorofila, da color verde a

las plantas y promueve el desarrollo de hojas y tallos.

NH4+, NO3

-

Fosforo

Es importante en el desarrollo inicial de las plantas,

provoca un crecimiento inicial, rápido y vigoroso.

Estimula la floración. Forma parte de las proteínas.

H2PO4-,

HPO42-

Potasio

Da vigor y resistencia contra las enfermedades.

K+

Calcio

Promueve el desarrollo de raíces, mejora la absorción del nitrógeno. Constituye una base para la neutralización de ácidos orgánicos

Ca2+

Magnesio Mantiene el color verde obscuro en las hojas Mg2+

Azufre Ayuda en la formación de la clorofila. Promueve el desarrollo de las raíces. Forma parte de las proteínas.

SO42-,

SO32-

Manganeso Ayuda a la formación de la clorofila y contrarresta el efecto de una aireación deficiente.

Mn2+

Hierro Ayuda a la formación de la clorofila Fe2+, Fe3+

C, H, O Elementos estructurales principales en los tejidos H2O, OH, CO2

42

¿Cómo mejorar un suelo deficiente en sales?

Cuando se cultiva el suelo, la reserva de nutrientes suele ser insuficiente, o su

producción natural mediante el intemperismo y los procesos microbiológicos, es

demasiado lenta. En estos casos es común la aplicación de los llamados

fertilizantes químicos. Pero, ¿qué es un fertilizante?, un fertilizante es un material

que en condiciones apropiadas para su aplicación al suelo o a la planta,

proporciona uno o más de los nutrientes que necesitan los vegetales para su

desarrollo. En el siguiente cuadro se muestran algunos de los fertilizantes más

comunes y los nutrientes que aportan a las plantas.

Fertilizante Fórmula Nutriente que aporta

1. Sulfato de amonio (NH4)2SO4 N

2. Urea NH2CONH2 N

3. Fosfato de amonio (NH4)3PO4 N

4. Cloruro de potasio KCl K

5.Nitrato de amonio NH4NO3 N

6. Nitrato de potasio KNO3 K,N

7. Nitrato de sodio NaNO3 N

8. Carbonato de calcio CaCO3 Ca

9. Carbonato de magnesio MgCO3 Mg

10. Hidrógeno fosfato de amonio (NH4)2HPO4 N,P

METODOS DE OBTENCION DE SALES

Las reacciones químicas útiles para obtención de sales son:

1. metal + no metal sal

Esta es una reacción de síntesis o de combinación, como recordaremos, esta

ocurre cuando dos o más sustancias reaccionan para producir una sustancia

nueva (siempre es un compuesto). Esta reacción se puede representar con una

ecuación general: X + Z XZ.

43

Por ejemplo, la reacción de obtención del cloruro de potasio a partir de sus

componentes, el metal potasio y el no metal cloro se pueden representar como:

2K + Cl2(g) 2KCl(g)

2. metal + acido sal + hidrogeno

Esta es una reacción de desplazamiento en donde un elemento reacciona con un

compuesto para formar un compuesto nuevo y liberar un elemento distinto. La

forma general de representar una reacción de desplazamiento es:

A + XZ AZ + X.

Por ejemplo, la obtención de cloruro de potasio se puede realizar a partir del

potasio y del ácido clorhídrico:

2K(s) + 2HCl (ac) 2KCl (ac) + H2 (g)

3. Sal1 + sal2 sal3 + sal4

Esta es una reacción de doble sustitución, donde participan dos compuestos.

El ion positivo (catión) de la sal 1 se intercambia con el ion positivo (catión) de la

sal 2. En otras palabras, los dos iones positivos intercambian iones negativos

(aniones) o compañeros produciéndose así dos compuestos diferentes, la sal 3 y

la sal 4. Esta reacción se representa con la ecuación general:

AD + XZ AZ + XD

Un ejemplo de lo anterior es la reacción entre el nitrato de bario y el sulfato de

potasio:

Ba (NO3)2(ac) + K2SO4 (ac) BaSO4(s) + KNO3 (ac)

44

4. Acido + base sal + agua

Si presentamos a los ácidos en general como HX las bases que son hidróxidos

metálicos como MOH, y la sal como MX, la ecuación general queda representada

como:

HX (ac) + MOH (ac) HOH (l) + MX (ac)

Acido base (H2O) sal Cuando un ácido y una base reaccionan, se neutralizan mutuamente.

Esto sucede porque los iones hidrogeno (H)+ del ácido reaccionan con los iones

hidróxido (OH)- de la base para formar agua.

Nombre y fórmula de ácidos, hidróxidos y sales

Nombre Fórmula

Ácidos

Ácido clorhídrico HCl

Ácido nítrico HNO3

Ácido sulfúrico H2SO4

Ácido fosfórico H3PO4

Ácido carbónico H2CO3

Ácido sulfhídrico H2S

Hidróxidos

Hidróxido de sodio NaOH

Hidróxido de potasio KOH

Hidróxido de bario Ba(OH)2

Hidróxido de calcio Ca(OH)2

Sales

Cloruro de potasio KCl Nitrato de amonio NH4OH

Fosfato de amonio (NH4)3PO4

Sulfato de potasio K2SO4

Carbonato de calcio CaCO3

Reacciones de oxidación y reducción Las reacciones de óxido-reducción están presentes en la mayor parte del mundo

que nos rodea, son parte importante de los procesos que mantienen la vida y se

reconocen como las fuerzas que gobiernan la biosfera que es la parte de la Tierra

en la cual existe la vida y que está formada de una mezcla de compuestos

45

formados principalmente a base de carbono, oxigeno, nitrógeno e hidrogeno

(C,H,O,N). Estos compuestos están en continuo estado de creación,

transformación y cambio. La relativa felicidad con la que experimentan cambios

químicos, es la característica principal en el mantenimiento y regulación de la vida.

Los mecanismos utilizados por la naturaleza son grandes ciclos que incluyen

asimilación y producción de energía y una innumerable cantidad de reacciones de

óxido-reducción que involucran a los cuatro elementos mencionados arriba.

A las reacciones en donde existe transferencia de electrones desde un átomo o un

ion, hacia otro, se les denomina reacciones de oxidación-reducción, más

comúnmente como redox.

No siempre es sencillo determinar dónde quedan los electrones durante una

reacción redox, por lo que se debe comparar el número de oxidación de cada

átomo.

Recordemos que para asignar los números de oxidación a los distintos átomos

que forman parte de un compuesto se establece una serie de reglas:

1. El número de oxidación de un elemento en estado libre es cero. Así, el

número de oxidación de Al, Zn, H2, O2 y P4 es cero: Znº, H2º, O2º y P4º.

2. El número de oxidación del hidrogeno es +1, en todos los compuestos

excepto en los hidruros metálicos que es -1. Por ejemplo el número de

oxidación del hidrogeno en el agua H2O es +1, y es -1 en el hidruro de

calcio H2Ca.

3. El número de oxidación del oxígeno es -2, excepto en los periodos que es -

1 y en sus combinaciones con el flúor que es +2. Así el número de

oxidación del oxígeno es -2 en el óxido de calcio CaO, y -1 en el peróxido

de hidrogeno o agua oxigenada H2O2.

Oxidación-reducción:

46

El proceso de oxidación es aquel por el cual un átomo o grupo de átomos pierde

electrones:

Na Na+ + 1e-

El proceso de reducción es aquel por el que un átomo o grupo de átomos gana electrones: Cl2 + 2e- 2 Cl-

Dado que siempre que un átomo pierde electrones es porque hay otro que

los gana, los procesos de oxidación y reducción se dan simultáneamente

por lo que se les denomina, de forma abreviada, red-ox, o redox.

Reacciones de oxidación-reducción

En la reacción:

2 Na + Cl2 2 NaCl

El sodio con número de oxidación cero pasa a formar cloruro de sodio, donde su número de oxidación es +1. Se ha producido una oxidación:

Na° Na+ + 1e-

El cloro pasa de número de oxidación cero a -1. Se ha producido una reducción:

Cl2° + 2e- 2 Cl-

Como ambas reacciones de oxidación y reducción se dan simultáneamente,

a cada una de ellas se las llama semirreacciones, y la reacción total es la

suma de ambas:

2Na 2Na+ + 2e- Reacción de oxidación

Cl2 + 2e- 2Cl- Reacción de reducción

2Na + Cl2 + 2e- 2NaCl + 2e- Reacción total

Podemos concluir que:

Oxidación: Es el proceso mediante el cual un determinado elemento químico

pierde electrones, permitiendo un aumento de su número de oxidación.

Reducción: Es el proceso mediante el cual un determinado elemento químico

gana electrones, lo que se produce en una disminución de su número de oxidación

47

Ejercita lo aprendido Mapa conceptual

Instrucciones: Completa el mapa con los siguientes conceptos: Desplazamiento, Intercambio de iones, Iones, Micro, Neutralización, Nutrientes, Reacciones químicas, Redox, Síntesis, Suelo.

48

Relaciona el método para obtener sales con su ejemplo correspondiente.

A. Metal + No metal Sal ( ) HCl + KOH KCl + H2O

B. Metal + Ácido Sal + Hidrógeno ( ) Zn + 2HCl ZnCl2 + H2

C. Sal1 + Sal2 Sal3 + Sal4 ( ) 2Na + Cl2 2NaCl

D. Ácido + Base Sal + Agua ( ) NaCl + AgNO3AgCl + NaNO3

Determina el número de oxidación de cada uno de los elementos que participan

como reactivos y productos. Clasifica las reacciones químicas representadas por

ecuaciones escribiendo sobre las líneas si son redox o no redox.

Tipo de reacción

A) 2K + Cl2 2KCl ________________

B) NaCl + KNO3 KCl + NaNO3 _________________ C) 2HCl + Zn ZnCl2 + H2 _________________ D) HCl + NaOH NaCl + H2O _________________


1. ( ) Relaciona las siguientes columnas y selecciona el inciso que conteste

correctamente a cada uno de los métodos de obtención de sales.

a) B1, A2, C3, D4

b) C1, D2, B3, A4

c) A1, C2, D3, B4

d) D1, B2, A3, C4


2. metal + ácido sal + hidrógeno

3. sal1 + sal2sal3 + sal4

4. ácido + hidróxido sal + agua

(A) 2Na(s) + Cl2(g) 2NaCl(s)

(B) HCl(ac) + NaOH(ac)NaCl(s) + H2O(l)

(C) 2Fe(s) + 6HCl(ac) 2FeCl3(ac) + 3H2(g)

(D) NaCl(s) + AgNO3(ac)AgCl(s)+ NaNO3(ac)

49

2. ( )¿Cuál de las siguientes ecuaciones representa una reacción redox? + - + 5+ 2- + - + 5+ 2- a) KCl + NaNO3 NaCl + KNO3 + 2- + + - + - + 2- b) KOH + HCl KCl + H2O 6+ 2- + 2- + 6+ 2- c) SO3 + H2O H2SO4 o + - 3+ - o d) 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 3. ( ) Clasifica las siguientes ecuaciones en reacciones redox y no redox

1. reacciones redox

2. reacciones noredox

a) 1: A y C, 2: B y D*

b) 1: B y C 2: A y C

c) 1: B y D 2: B y A

d) 1: A y B 2: A y D

4. ( ) Elige el inciso que relacione correctamente las ecuaciones con el método de obtención de sales. A) 2Na + Cl2 2NaCl B) NaCl + AgNO3 AgCl + NaNO3 C) HCl + NaOH NaCl + H2O D) 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2

a) A1, B2, D3, C4

b) B1, D2, C3, A4*

c) C1, D2, A3, B4

d) D1, A2, B3, D4 Respuestas: 1C, 2D, 3A, 4B,

A. metal + no metal sal

B. sal1 + sal2 sal3 + sal4

C. metal + ácido sal + hidrógeno

D. ácido + hidróxido sal + agua

1. sal1 + sal2 sal3 + sal4

2. metal + ácido sal + hidrógeno

3. ácido + hidróxido sal + agua


50

¿Cómo ayuda la química a determinar la cantidad de sustancias que intervienen en las reacciones de obtención de sales?


● Determina masas moleculares a partir de las masas atómicas. (N2) ● Reconoce el significado cuantitativo de las fórmulas de los compuestos. (N2) ● Interpreta cuantitativamente a las reacciones químicas. (N3) ● Resuelve problemas de cálculos estequiométricos masa-masa en ecuaciones sencillas. (N3) ● Reconoce al mol como unidad asociada al número de partículas (átomos, moléculas, iones). (N2) ● Establece relaciones estequiométricas mol-mol en ecuaciones sencillas. (N3)

COMPUESTO Nombre y fórmula de los compuestos trabajados (N2)

ESTRUCTURA DE LA MATERIA Caracterización de los átomos mediante la masa atómica (N1) Masa molecular (N2) Concepto de mol (N2) REACCIÓN QUÍMICA Representación (N3) Balanceo por inspección (N3) Estequiometría: relación masa-masa y mol-mol (N3)


51

Introducción:

En los propósitos de este apartado se pretende que el alumno comprenda que la química es una ciencia que estudia a la materia a través de sus propiedades considerando los cambios en la composición de las sustancias y los principios que los explican. Partiendo de un ejemplo de obtención de un fertilizante realizará cálculos estequiométricos masa-masa, destacando:

El balanceo por inspección de la ecuación.

El cálculo de masas molares a partir de masas atómicas.

La interpretación estequiométrica de la ecuación química en función de la masa de las sustancias involucradas.

El cálculo de la masa de un producto a partir de las masas de reactivos, o de la masa de reactivos necesaria para obtener cierta cantidad de producto.

Masa de los átomos y las moléculas

La masa de los átomos y de las moléculas se mide tomando como unidad la

llamada: unidad de masa atómica (u), que corresponde a la doceava parte de la

masa atómica del átomo de carbono 12.

Masa atómica es la masa de un átomo, medida en u. Por ejemplo, cuando

decimos que la masa atómica del calcio es de 40 u. Estamos indicando que es 40

veces mayor que la doceava parte de la masa de un átomo de carbono 12.

Masa molecular es la masa de una molécula, medida en u. Es la suma de las

masas de los átomos que forman la molécula. Ejemplo: La masa molecular del

agua H2O es:

H = 1.0 u X 2 = 2.0 u

O= 16 u X 1 = 16.0 u

Masa molecular del agua = 18.0 u.

El término masa molecular se debe reservar para las sustancias

que existen en forma de moléculas; al referirse a compuestos

iónicos y a otros en los que no existen moléculas es preferible

utilizar la expresión masa fórmula.

Masa molar es la masa, en gramos, de un mol de sus moléculas.

La masa fórmula de un compuesto iónico es la masa, en unidades de masa

atómica, de una unidad fórmula. Su masa molar es la masa, en gramos, de un mol

de unidades fórmula.

52

Determinación de masas atómicas, masa molecular, masa molar y masa

fórmula.

Etanol, C₂H₅OH, un compuesto covalente.

2 átomos de carbono 2X 12.0 u = 24.00 u

6 átomos de hidrógeno 6X 1.00 u = 6.00 u

1 átomo de oxígeno 1X 16.0 u = 16.00 u

Masa molecular de C₂H₅OH 46.00 u.

Masa de un mol de moléculas de C₂H₅OH = 46 g

Masa molar del C₂H₅OH = 46.0 g/mol

Cloruro de calcio, CaCl₂, un compuesto iónico

1 átomo de calcio 1X 40.1u = 40.1 u

2 átomos de cloro 2X 35.5u = 71.0 u

Masa fórmula del cloruro de calcio 111.1 u

Masa de un mol de unidades fórmula de CaCl₂ = 111.1 g

Masa molar del cloruro de calcio = 111.1 g/mol

Masas atómicas, masa molecular, masa molar y masa fórmula.

1 átomo de potasio 1X 39.0 u = 39.0 u

2 átomos de cloro 1X 35.5 u = 35.5 u

Masa fórmula del KCl 74.5 u

Masa de un mol de unidades fórmula del KCl = 74.5 g

Masa molar del KCl = 74.5 g/mol

NaCl Cloruro de sodio, un compuesto iónico

1 átomo de sodio 1X 23.0 u = 23.0 u

1 átomo de cloro 1X 35.5 u = 35.5 u

Masa fórmula del NaCl 58.5 u

Masa de un mol de unidades fórmula del NaCl = 58.5 g

Masa molar del NaCl = 58.5 g/mol

53

Consultar en la tabla periódica las masas atómicas de los elementos y calcular las

masas moleculares de los siguientes fertilizantes importantes:

FERTILIZANTE MASAS ATÓMICAS MASA MOLECULAR

(NH4)2SO4

N= H= S= O=

NH4NO3

N= H= O=

(NH4)2CO3

N= H= C= O=

(NH4)2HPO4

N= H= P= O=

Ca(H2PO4)2∙H2O

Ca= H= P= O=

.

Interpretación cuantitativa de una ecuación química.

a) En la ecuación: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

Una mol de CH4 reacciona con 2mol de O2 para producir una mol de CO2 + un

mol de H2O.

b) En la ecuación: 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O

2 mol de NaOH reaccionan con 1 mol de H2SO4 para producir un mol de

Na2SO4 + dos mol de H2O.

c) En la ecuación: 3CaCO3 + 2H3PO4 Ca3(PO4)2 + 3CO2 + 3H2O

Para producir: 1 mol de Ca3(PO4)2 + 3 mol de CO2 + 3mol de H2O es necesario

tener en los reactivos 3 mol de CaCO3 + 2 mol de H3PO4.

d) De la ecuación: 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O ¿Cuántos gramos de H2SO4 reaccionarán con 400g de NaOH?

54

El mol como unidad asociada al número de partículas (átomos, moléculas,

iones)

MOL

Mol, unidad básica del sistema internacional de unidades (SI), definida como la

cantidad de una sustancia que contiene tantas entidades elementales (átomos,

moléculas, iones, electrones u otras partículas) como átomos hay en 0,012 kg (12

g) de carbono 12. Esa cantidad de partículas es aproximadamente de

6,0221 × 1023, el llamado número de Avogadro. Por tanto, un mol es la cantidad de

cualquier sustancia cuya masa expresada en gramos es numéricamente igual a la

masa molecular de dicha sustancia.

Mol . El concepto de mol se ha generalizado como un número de partículas y es

frecuente encontrar expresiones como: “un mol de átomos, “un mol de iones”, “un

mol de moléculas”, etc. En todos los casos un mol contiene 6.02X1023 partículas:

un mol de moléculas contiene 6.02X1023 moléculas, un mol de iones contiene

6.02X1023 iones etc.

Al número 6.02X1023 se le conoce como

número de Avogadro

Ejercicio. ¿Cuántas moléculas existen en 2 moles

de oxígeno, 3 moles de agua, 0.5 moles de NH₃ y en

100 moles de CO2?

Sustancia Número de moles Número de moléculas

O₂ 2

H₂O 3

NH₃ 0.5

CO2 100

55

Estequiometría

Cuando Lavoisier, en 1789, estableció lo que hoy se conoce como ley de la

conservación de la materia sentó las bases para la estequiometría que la

podemos definir como el procedimiento por medio del cual se determinan las

cantidades de reactivos y

productos que intervienen

en una reacción química.

Su etimología deriva del

griego stoicheion que

significa primer principio o

elemento y metrón que

significa medida.

Pasos fundamentales en la resolución de problemas de estequiometría:

a) Escribir la ecuación química.

b) Balancear la ecuación química.

c) A partir de la ecuación balanceada, calcular las masas, moles o

moléculas de las sustancias que se mencionan en el problema.

Ejemplo:

a) Se escribe la ecuación química: N₂ + H₂ NH₃

b) Se Balancea: N₂ + 3 H₂ 2NH₃

c) Se calcula la masa en gramos de las sustancias.

La masa en gramos de cada una de las sustancias que intervienen en la reacción

química se puede calcular de la siguiente manera:

A partir de la siguiente ecuación matemática:

n = masa (g) Donde n = número de moles

masa molar

Despejando masa (g), tenemos:

Masa (g) = n (moles) X masa molar (g/mol)

56

Ejercicio.

Con base en la siguiente ecuación química, calcular la masa en gramos de cada

una de las sustancias involucradas y llenar la tabla en los espacios

correspondientes.

N₂ + 3H₂ 2NH₃

LEY DE PROUST.

“Cuando dos o más elementos se unen para formar un compuesto, la relación en masa en que lo hacen es siempre la misma”.

Proust establece en su ley que en la formación de un compuesto

químico, sus elementos químicos guardan entre sí una proporción

fija entre sus masas. Por ejemplo, para formar 10 gramos de

cloruro de sodio se necesitan 6.07 g de cloro y 3.93 g de sodio, por

lo que la proporción entre las masas de ambos elementos

químicos es:

6.07 g de Cl = 1.54 de Cl o bien: 1 de Na 3.93 g Na Na 1.54 Cl

Cl (reactivo) Na (reactivo) NaCl (producto) Relación de combinación entre las masas de cloro y sodio en el NaCl.

6.07 g 3.93 g 10 g 1.54

12.14 g 7.96 g 20 g 1.54

Sí tratamos de que reaccionen 10 g de cloro con 10 g de sodio, no se obtienen 20 gramos de cloruro de sodio, sino una cantidad menor, debido a que la relación de combinación entre las masas de sodio y cloro es de 1/1.54, por lo que: masa de Na = 10 g de Cl 1 de Na = 6.49 g de Na 1.54 Cl De forma que 10 g de cloro reaccionan con 6.49 g de sodio y se forman 16.49 g de

cloruro de sodio y por lo tanto quedan sin reaccionar:

10 g – 6.49 g = 3.51 g de cloro sobrantes.

57

Ejercicio de la ley de Proust. El carbón puro, cuando se quema en exceso de aire,

se combina con el oxígeno y da como único producto una sustancia gaseosa

formada exclusivamente por los elementos por los elementos carbono y oxígeno.

En una serie de experimentos se quemaron 0.85 g; 1.28 g y 1.53 g de carbono y

se recogieron, respectivamente, 3.11 g; 4.68 g y 5.61 g del gas en cuestión. Con

estos datos comprobar la ley de Proust.

Comprobando la ley de las proporciones contantes o ley de Proust:

Tipo Muestra

Masa C (g)

Masa gas (g)

Masa O (g)

Relación masa C/ masa gas

Relación masa C/ masa O

Muestra 1 0.85 3.11 3.11–0.85 = 2.26 0.27 0.37

Muestra 2 1.28 4.68 4.68-1.28= 3.34 0.27 0.37

Muestra 3 1.53 5.61 5.61-1.53 = 4.08 0.27 0.37

Proust estableció también que la composición porcentual de un compuesto

químico era siempre la misma, independientemente de su origen.

Observó que el agua está formada siempre por 11 partes por 100 de hidrógeno y por 89 partes por 100 de oxígeno, sea cual sea su procedencia. Concluyo que en la molécula de agua hay 11 % de Hidrógeno y 89 % de Oxígeno.

Utilizando la siguiente expresión matemática y la tabla periódica, completa la tabla.

% del elemento = masa del elemento X100

masa del compuesto

Molécula de agua

58

PROBLEMAS DE ESTEQUIOMETRÍA

masa – masa y mol – mol

La estequiometría es utilizada para saber cuánto producto se formará a partir de

cierta cantidad de reactivo ó que cantidad de reactivo se necesita para obtener

una cantidad “x” de producto; es por ello que se realizan cálculos

estequiométricos.

Se pueden hacer conversiones estequiométricas masa – masa ó mol – mol

dependiendo de lo que se solicite.

Estequimetría masa – masa: Este proceso se emplea cuando se necesita conocer

la cantidad de cada reactivo que se debe utilizar para producir la masa del

producto que se desee.

Por ejemplo en la relación masa - masa.

Sí se cuenta con 980 g de FeCl3 para realizar la siguiente reacción Química:

FeCl3 + NaOH Fe(OH)3 + NaCl

¿Cuántos gramos de Fe(OH)3 se producirán?

1.- Se balancea la ecuación: FeCl3 + NaOH Fe(OH)3 + NaCl

Para balancear una ecuación puedes hacer uso del siguiente diagrama de flujo.

balanceando primero los metales, posteriormente los no metales dejando al final al

oxígeno.

59

FeCl3 + 3NaOH Fe(OH)3 + 3NaCl (ecuación balanceada)

Se comprueba que la ecuación se encuentre balanceada utilizando el siguiente

cuadro.

2. Se realizan cálculos de las masas molares de cada uno de los reactivos y

productos:

REACTIVOS

N° de

átomos

Elementos

PRODUCTOS

N° de

átomos

1 Fe 1

3 Na 3

3 Cl 3

3 H 3

3 O 3

60

3. Se realizan los cálculos correspondientes:

FeCl3 + 3NaOH Fe(OH)3 + 3NaCl

162.20g 106.85g

980g X

Resolviendo:

X = (980g FeCl3) (106.85g Fe(OH)3) = 645.58g de Fe(OH)3

162.20 g FeCl3

Por lo tanto, a partir de 980 g de FeCl3 se producirán 645.58 g de Fe(OH)3

Relación mol – mol. Obtención de sulfato de amonio como fertilizante.

Calcular cuántos gramos de (NH4)2SO4(ac) sulfato de amonio se obtienen al

reaccionar 3500 g de NH4OH(ac) hidróxido de amonio con el suficiente ácido

sulfúrico H2SO4.

NH4OH(ac) + H2SO4(ac) (NH4)2SO4(ac) + H2O(l)

Paso 1. Balancear la ecuación química

2NH4OH(ac) + H2SO4(ac) (NH4)2SO4(ac) + 2H2O(l)

Se comprueba que la ecuación química este balanceada

REACTIVOS N° de

átomos

Elementos

PRODUCTOS N° de átomos

2 N 2

1 S 1

12 H 12

6 O 6

Paso N° 2. Interpretación de las partículas representativas y los mol.

2mol de NH4OH(ac) +1 mol de H2SO4(ac) 1 mol de (NH4)2SO4(ac) + 2 mol de H2O(l)

Paso 3. Relación mol – mol

2NH4OH(ac) + H2SO4(ac) (NH4)2SO4(ac) + 2H2O(l)

2mol de NH4OH(ac)+ 1 mol de H2SO4(ac) 1 mol de (NH4)2SO4(ac) + 2 mol de H2O(l)

61

Se procede a realizar cálculos de las masas molares de cada uno de los reactivos

y productos con ayuda de la tabla periódica.

Entonces: 2NH4OH(ac) + H2SO4(ac) (NH4)2SO4(ac) + 2H2O

70 g 98g 132g 36g

Por lo tanto:

2NH4OH(ac) (NH4)2SO4(ac)

70g 132g

3500g X

X = (3500g de NH4OH ) (132g de (NH4)2SO4 ) = 6600 g de (NH4)2SO4

70g de NH4OH

Se producen 6600 g de (NH4)2SO4 .


Calcula cuántas mol de (NH4)2SO4 (sulfato de amonio) se obtienen sí reaccionan

25 mol de NH4OH (hidróxido de amonio) en la ecuación anteriormente propuesta.

2NH4OH(ac) (NH4)2SO4(ac)

2mol 1 mol

25 mol X

Resolviendo:

X = (25 mol de NH4OH) (1 mol de (NH4)2SO4) = 12.5 mol de (NH4)2SO4

2 mol de NH4OH

Se producirán 12.5 mol de (NH4)2SO4

62

Ejercita lo aprendido Instrucciones: Completa los siguientes espacios seleccionando de la lista de

abajo la palabra que corresponda a la definición correcta y posteriormente busca

cada palabra en la sopa de letras.

Es la masa de un átomo, medida en unidades de masa atómica (u).

. Es la suma de las masas atómicas de los átomos que forman

las moléculas.

. Masa en gramos de un mol de cualquier sustancia (átomos,

moléculas, unidades fórmula) es decir, la suma de las masas atómicas de todos

los átomos representados en la fórmula, expresadas en gramos.

Unidad básica del sistema internacional de unidades (SI), definida como la

cantidad de una sustancia que contiene tantas entidades elementales (átomos,

moléculas, iones, electrones u otras partículas) como átomos hay en 0,012 kg (12

g) de carbono 12.

.Procedimiento por medio del cual se determinan las cantidades

de reactivos y productos que intervienen en una reacción química.

Al número 6.022X1023 de átomos, moléculas o iones se le conoce como:

. “Cuando dos o más elementos se unen para formar un

compuesto, la relación en masa en que lo hacen es siempre la misma”

Mol Masa molar Masa atómica

Estequiometría Masa molecular

Ley de Proust

Número de Avogadro

63

SOPA DE LETRAS

M A S A M O L E C U L A R X M D K M

F G I L E I X Z V K N D I O A O Y O

V N N U G W L F J S T Z T Q S C D L

V U J M H N U E N Q P A U X A O T J

W M J W R Q T C V C U P B N A A S F

E E R M A S A M O L A R B O T I U E

I R B Y N O P C O J A D S W O R O N

O O O D H R Z K M O M A U R M T R S

V D F W D H U Q V K T K T T I E P O

L E Q B A E F I W F T I U F C M E I

O A X A J C W N J R E F B X A O D Q

V V R E H H G I M L Q I Q K Q I Y L

Q O Z Z N Z J Q W X A O B G P U E Z

W G K Q B R Y H Z K T Q T K B Q L K

V A R J V F J E V F C V T D B E J D

Y D U U A L S H L D B C X L D T H H

V R Q C A Z H V E J R Y N T H S R S

B O L S N E A Z H B C E N G L E U B

64

SOLUCIÓN

Es la masa de un átomo, medida en unidades de masa atómica (u). Masa atómica.

Masa molecular. Es la suma de las masas atómicas de los átomos que forman las moléculas.

Masa molar. Masa en gramos de un mol de cualquier sustancia ( átomos, moléculas unidades fórmula): es decir, la suma de las masas atómicas de todos lo átomos representados en la fórmula, expresadas en gramos. Unidad básica del sistema internacional de unidades (SI), definida como la cantidad de una sustancia que contiene tantas entidades elementales (átomos, moléculas, iones, electrones u otras partículas) como átomos hay en 0,012 kg (12 g) de carbono 12. Mol Estequiometría. Procedimiento por medio del cual se determinan las cantidades de reactivos y productos que intervienen en una reacción química. Al número 6.022X1023 de átomos, moléculas o iones se le conoce como: Número de Avogadro Ley de Proust. “Cuando dos o más elementos se unen para formar un compuesto, la relación en masa en que lo hacen es siempre la misma”

M A S A M O L E C U L A R X M D K M

F G I L E I X Z V K N D I O A O Y O

V N N U G W L F J S T Z T Q S C D L

V U J M H N U E N Q P A U X A O T J

W M J W R Q T C V C U P B N A A S F

E E R M A S A M O L A R B O T I U E

I R B Y N O P C O J A D S W O R O N

O O O D H R Z K M O M A U R M T R S

V D F W D H U Q V K T K T T I E P O

L E Q B A E F I W F T I U F C M E I

O A X A J C W N J R E F B X A O D Q

V V R E H H G I M L Q I Q K Q I Y L

Q O Z Z N Z J Q W X A O B G P U E Z

W G K Q B R Y H Z K T Q T K B Q L K

V A R J V F J E V F C V T D B E J D

Y D U U A L S H L D B C X L D T H H

V R Q C A Z H V E J R Y N T H S R S

B O L S N E A Z H B C E N G L E U B

65

Resuelve los siguientes problemas de obtención de fertilizantes:

a) El nitrato de amonio es un fertilizante nitrogenado que se obtiene a partir de

amoniaco y ácido nítrico en condiciones específicas de reacción.

NH3 + HNO3 NH4NO3

¿Cuántos gramos de nitrato de amonio NH4NO3 se pueden obtener a partir de

25g de amoniaco NH3?

1. Balancear la ecuación. NH3 + HNO3 NH4NO3

Paso N° 2. Interpretación de las partículas representativas y los moles.

Paso 3. Relación masa – masa

R = 117.6 g de NH4NO3


Calcula ¿Cuántas moles de nitrato de amonio NH4NO3 se obtienen sí se adicionan

a la reacción 12 moles de NH3?

R = 12 moles

b) La urea es un fertilizante que se obtiene a partir de amoniaco y dióxido de

carbono:

NH3 + CO2 (NH2)2CO + H2O

¿Cuántos gramos de amoniaco NH3 se necesitan para obtener 1800 g de urea

(NH2)2CO?

1. Balancear la ecuación NH3 + CO2 (NH2)2CO + H2O

2. Interpretación de las partículas representativas y los moles

Paso 3. Relación masa – masa

R = 1020 g de NH3


Calcular ¿Cuántas mol de urea (NH2)2CO, se obtienen sí se agregan a la reacción

6 mol de NH3?

R = 3 moles de (NH2)2CO.

66


1. ( ) Determinar la masa molecular del fertilizante NH4NO3 (nitrato de amonio)

a partir de sus masas atómicas.

a) 31 u

b) 66 u

c) 80u

d) 119 u

2. ( ) Determinar la masa molecular del fertilizante fosfato de calcio Ca3 (PO4)2 a

partir de sus masas atómicas.

a) 87u b) 278u c) 310 u d) 382u

3. ( ) ¿Cuál es la masa de un mol de sulfato de amonio (NH4)2SO4?

Masa molar

a) 15 g H = 1 g/mol

b) 70 g N = 14 g/mol

c) 132 g O = 16 g/mol

d) 212 g S = 32 g/mol

4. ( ) La siguiente ecuación 2KOH + H2SO4 K2SO4 +2 H2O

Indica que 112 g de KOH reaccionan con 98 g de H2SO4 para obtener 174 g de

K2SO4 y H2O ¿Qué cantidad de agua se produce?

a) 18 g Masa molar b) 36 g H = 1 g/mol c) 72 g O = 16 g/mol d) 148 g K = 39 g/mol S = 32 g/mol 5. ( ) La reacción de obtención del fertilizante “cloruro de potasio” se

representa KOH + HCl KCl + H2O

Si reacciona completamente 56 g de hidróxido de potasio y se producen 74 g de KCl con 18 g de agua determina ¿Cuántos gramos de HCl se requieren?

Elemento Masa atómica

H 1u

N 14 u

O 16 u

Elemento Masa atómica

Ca 40u

P 31 u

O 16 u

a) 18 g Masa molar b) 36 g H = 1 g/mol c) 72 g O = 16 g/mol d) 148 g K = 39 g/mol Cl =35 g/mol

67

6. ( ) En base a la ecuación: H2SO4 + 2 NH4OH (NH4)2SO4 + 2 H2O

¿Cuánto ácido sulfúrico se requiere para obtener 66 g de sulfato de amonio?

masa atómica

a) 49 g H = 1 g

b) 66 g N = 14 g

c) 98 g O = 16 g

d) 147 g S = 32 g

7. ( ) Un mol de cualquier sustancia contiene __________ partículas (átomos,

moléculas o iones)

a) 23 x 106

b) 6.023 x 1024

c) 6.023 x 1023

d) 10236.023

8. ( ) ¿A cuántos mol de potasio corresponden 3.0115 X 1023 átomos de dicho

elemento?

a) 0.2

b) 0.4

c) 0.5

d) 2.0

9. ( ) La siguiente ecuación KOH + HCl KCl + H2O representa la obtención

del fertilizante KCl. Si reacciona completamente 1.5 mol del hidróxido de potasio

¿Cuántos mol de KCl se obtienen?

a) 1.0

b) 1.5

c) 2.5

d) 3.0

10. ( ) La siguiente ecuación corresponde a la obtención del amoniaco:

N2 + 3H2 2NH3.

Si reacciona completamente 1.5 mol del hidrógeno con el nitrógeno ¿Cuántas

mol de amoniaco se obtienen?

a) 1.0

b) 1.5

c) 2.5

d) 3.0

Respuestas: 1C, 2C, 3C, 4B, 5B, 6A, 7C, 8C, 9B, 10A.

68

¿Qué importancia tiene conocer la acidez del suelo?



● Diferencia mediante sus propiedades a los ácidos y las bases. (N2) ● Reconoce al pH como una medida para determinar el carácter ácido, básico o neutro de una sustancia. (N2) ● Establece que la reacción de neutralización es el resultado de la combinación de ácidos y bases. (N2) ● Define a los ácidos y a las bases según Arrhenius. (N2)

COMPUESTO Concepto de ácido, base (de Arrhenius) y sal (N2) Nombre y fórmula de ácidos, hidróxidos y sales (N2) ESTRUCTURA DE LA MATERIA Concepto de ión (iones hidrógeno e hidróxido) (N2) REACCIÓN QUÍMICA Concepto (N2) Representación (N3) Concepto de disociación (N1) Reacciones de neutralización (N2)

69

CARACTERÍSTICAS DE ÁCIDOS Y BASES. El término ácido proviene del latín acidus que significa “agrio”, y se refiere al sabor característico de estos compuestos. Las bases también se denominan álcalis, nombre que proviene del griego alqili y que significa “ceniza”, porque estas eran la fuente de donde se obtenían los álcalis. Ácidos:

Los ácidos tienen sabor agrio; por ejemplo, el vinagre debe su sabor al ácido acético, y los limones y otros frutos cítricos contienen ácido cítrico.

Los ácidos ocasionan cambios de color en los pigmentos vegetales; por ejemplo, cambian el color del papel tornasol de azul a rojo.

Los ácidos reaccionan con algunos metales, como zinc, magnesio o hierro para producir hidrógeno gaseoso. Una reacción típica es la que sucede entre el ácido clorhídrico y el magnesio:

Los ácidos reaccionan con los carbonatos y bicarbonatos, como Na2C03, CaC03 y NaHC03, para formar dióxido de carbono gaseoso. Por ejemplo: 2HCl(ac) + CaC03 (s) CaCl2 (ac) + H20(I) + CO2 (g)

HCl(ac) + NaHC03 (s) NaCl(ac) + H20(I) + CO2 (g)

Las disoluciones acuosas de los ácidos conducen la electricidad.

Bases: Las bases tienen sabor amargo.

Las bases se sienten resbaladizas; por ejemplo, los jabones, que contienen bases, muestran esta propiedad.

Las bases producen cambios de color en los colorantes vegetales; por ejemplo, cambian el color del papel tornasol de rojo a azul.

Las disoluciones acuosas de las bases conducen la electricidad.

Tabla de algunos indicadores más comunes

Una sal es un compuesto químico formado por cationes (iones con carga positiva)

enlazados a aniones (iones con carga negativa) mediante un enlace iónico.

http://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_qu%C3%ADmico

http://es.wikipedia.org/wiki/Cati%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Ion

http://es.wikipedia.org/wiki/Ani%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Enlace_i%C3%B3nico

70

El pH y su escala:

El pH en un término que se utiliza para determinar el carácter ácido, básico o

neutro de una sustancia, éste se mide por la concentración del ion hidrógeno; los

valores de pH están comprendidos en una escala de 0 a 14, el valor medio es 7; el

cual corresponde a solución neutra por ejemplo agua, los valores que se

encuentran por debajo de 7 indican soluciones ácidas y valores por encima de 7

corresponde a soluciones básicas o alcalinas.

Algunas sustancias ácidas y básicas de uso cotidiano

http://www.wordreference.com/es/en/frames.asp?es=pH

71

Neutralización ácido-base Una reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base. Generalmente, en las reacciones acuosas ácido-base se forma agua y una sal, que es un compuesto iónico formado por un catión distinto del H+ y un anión distinto del OH- u 02-:

ácido + base sal + agua La sustancia conocida como sal de mesa, NaCl, es producto de la reacción ácido-base. HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H20(I)

Definición de ácido y base según Arrhenius. Según las deducciones del sueco w:Arrhenius, al desarrollar su

propia teoría sobre la constitución iónica de las disoluciones

electrolíticas:

● Los ácidos son sustancias que (al disolverse en agua) producen iones H+. ● Las bases son compuestos que (al disolverse en agua) originan iones (OH)-.

Ejemplos:

HCl(ac) Cl-(ac) + H+(ac)

NaOH(s) + H2O(l) Na+(ac) + OH-(ac)

Podemos observar que, aunque es muy útil, esta teoría es bastante restringida:

Solo se contemplan disoluciones acuosas.

+

(ac) (ac)

+ (ac) (ac) (s)

+

Arrhenius

http://es.wikipedia.org/wiki/Arrhenius

72

Ejercita lo aprendido 1. ( ) Procedimiento. a una muestra de suelo se le agregó agua destilada, se

mezcló y se dejó reposar. Posteriormente se filtró y se tomaron 2 ml del filtrado en

un tubo de ensaye, se le agregan dos gotas de indicador universal, se desarrolla

un color naranja, la coloración que muestra el filtrado de suelo indica que la

disolución tiene un pH ácido la cual muestra la presencia de:

a) elementos

b) mezclas

c) iones

d) compuestos

2. ( ) Cuando decimos que una sustancia presenta la misma concentración de iones ( OH–) que de iones ( H + ), indicamos que la sustancia es:

a) ácida

b) básica

c) neutra

d) sólida

3. Instrucción. Completa el siguiente esquema escribiendo sobre la escala de pH. el ion o compuesto generador de la acidez, alcalinidad y neutralidad de las sustancias químicas:

---------------------------------/-------------------------------

0 7 14

Iones: Cl-1, OH- , H+ Compuesto: H2O

Coloca la palabra correspondiente. La ecuación general para las reacciones de

neutralización es:

H2SO4 + ___________ Na2SO4 + _______________

base / agua base / agua

73


1. ( ) Elige el inciso que relacione correctamente propiedades de los ácidos y

de las bases.

(A) ACIDOS

(B) BASES

1. Adquieren color rojo con indicador universal

2. Adquieren color azul con indicador universal

3. Resbalosas al tacto

4. Al reaccionar con los metales desprenden

hidrógeno

a) A: 1,2 y B: 3,4

b) A: 2,3 y B: 1,4

c) A: 3,4 y B: 1,2

d) A: 1,4 y B: 2,3

2. ( ) El pH es una propiedad química cuyo valor determina:

a) la concentración de una disolución acuosa

b) el grado de acidez, basicidad o neutralidad de una disolución

c) la cantidad de corriente que pasa por una disolución

d) el grado de solubilidad de un soluto en una disolución

3. ( ) La ecuación: HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H2O, representa una

reacción de:

a) análisis b) neutralización c) descomposición d) oxidación y reducción

4. ( ) La reacción de neutralización se lleva a cabo entre un:

a) ácido con un metal

b) metal con un no metal

c) ácido con un hidróxido

d) óxido metálico con agua

74

5. ( ) Para producir una sal y agua por medio de una reacción de neutralización,

los reactivos deben ser:

a) metal y ácido b) ácido e hidróxido c) metal y no metal d) no metal e hidróxido

6. ( ) De acuerdo con Arrhenius ¿Qué ecuación representa el comportamiento

de una base o hidróxido?

a) H2O(l) 2H+(ac) + OH-

(ac)

b) HCl(g) + H2O(l)H+(ac) + Cl-(ac)

c) NaOH(s) + H2O(l)Na+(ac) + OH-

(ac)

d) NaCl(s) + H2O(l)Na+(ac) + Cl-(ac)

7. ( ) De acuerdo con Arrhenius ¿Qué ecuación representa el comportamiento

de un ácido?

a) H2O(l)2H+(ac) + OH-

(ac)

b) HCl(g) + H2O(l) H+(ac) + Cl-(ac)

c) NaOH(s) + H2O(l) Na+(ac) + OH-

(ac)

d) NaCl(s) + H2O(l)Na+(ac) + Cl-(ac)

8. ( ) Al determinar el pH de diferentes disoluciones se encontraron los

siguientes valores

Disolución 1 2 3 4 5 6

7.6 9.8 4.5 2.3 4.0 11.6

Elige el inciso que contiene únicamente disoluciones ácidas.

a) 3, 4, 5

b) 1, 3, 4

c) 2, 4, 6

d) 2, 3, 4

Respuestas: 1D, 2B, 3B, 4C, 5B, 6C, 7B, 8A

75

¿Por qué es necesario preservar el suelo? ¿Es el suelo un recurso natural inagotable?


Degradación del suelo

Se entiende por degradación del suelo cualquier pérdida de la fertilidad y calidad

del mismo, necesarias para el buen desarrollo y rendimiento de los cultivos, la

degradación del suelo lo hace inadecuado para la agricultura.

Los procesos que provocan la degradación son: erosión, salinización, inundación,

empobrecimiento, deterioro de la estructura, contaminación y desertificación. Entre

estos procesos de degradación destacan por su importancia:

Erosión

La palabra erosión proviene del latín erosio = roedura y consiste en la pérdida

gradual de material que constituye el suelo, al ser arrastradas las partícula de la

superficie. La erosión es un proceso natural, pero se acelera por las actividades

humanas por ejemplo la tala de árboles.

76

Fertilizantes

Un fertilizante es un material que, proporciona uno o más de los nutrientes que necesitan los vegetales para su desarrollo; su origen es sintético. Por otro lado, los abonos son materiales en descomposición que aportan nutrientes a los suelos; su origen puede ser vegetal y animal. El nitrógeno, el fósforo, el potasio (NPK) y el calcio (comúnmente abastecido por la práctica agrícola en forma de cal) son elementos químicos que más frecuentemente se encuentras restringidos en su abastecimiento dentro del suelo. Los fertilizantes se clasifican en nitrogenados, fosfatados, potásicos y orgánicos (abonos).

a) Fertilizantes nitrogenados. El más utilizado es el nitrato de amonio. Se utiliza también el sulfato de amonio y la urea. Se obtienen principalmente a partir del amoniaco.

b) Fertilizantes fosforados. Se obtienen a partir de rocas fosfóricas. El compuesto soluble más empleado es el fosfato de amonio (NH4)3PO4, a veces se usan otras mezclas obtenidas del ataque de las rocas con ácidos.

c) Fertilizantes potásicos. Los más usuales son el cloruro de potasio, el sulfato de potasio y el nitrato de potasio (nitrato de chile). Se obtiene del aprovechamiento de las sales de potasio de los yacimientos minerales.

d) Fertilizantes orgánicos. Se utilizan en la agricultura tradicional (no tecnificada). Es el estiércol; actualmente se está desarrollando ampliamente la producción de composta, que es una mezcla de materia orgánica descompuesta obtenida de los residuos de las basuras (por eso se pide separarla al tirarla en depósitos especiales), lodos de desagües urbanos, residuos agroforestales y excrementos de animales. Tienen menor cantidad de nutrientes, pero estos son reciclables por lo que disminuyen el riesgo de contaminación por los fertilizantes sintéticos.

Contaminación de suelos, basura y reciclaje de residuos

La contaminación del suelo es la introducción de sustancias extrañas a la superficie terrestre. Estos elementos perjudican de forma grave la salud de las personas, de animales y plantas. Muchas veces este tipo de contaminación entra en contacto con el agua potable de estos sitios agravando la situación. Sobre el suelo realizamos actividades para el crecimiento y mantenimiento de muchas familias como la agricultura, la

industria o la construcción de ciudades. El hecho que se altere la calidad de la tierra y como consecuencia se produzca una grave crisis alimentaria, repercute en la forma de vida y en el futuro de las generaciones venideras, porque ellas no tendrán un lugar donde plantar sus alimentos ni construir una casa donde vivir.

http://dev.inspiraction.org/nuestro-trabajo/emergencias-y-crisis/emergencias-actuales/sahel

77

Causas de la contaminación del suelo:

● Ruptura de tanques de almacenamiento subterráneo: es un método seguro de almacenar líquidos inflamables o combustibles pero pueden romperse a causa de la excesiva carga de tierra a su alrededor o tapando la entrada de desechos o por las vibraciones del tráfico. ● Excesivo uso de pesticidas en plantaciones como los insecticidas, herbicidas y fertilizantes. ● Arrojar basura en lugares no destinados para ese uso: plásticos, vidrios o papel que tardan cientos de años en descomponerse. ● Los desechos tóxicos que liberan las industrias sin un control por parte de las organizaciones encargadas de vigilar esta actividad. La alteración de los suelos trae como consecuencia la pérdida de calidad del terreno y su desvalorización ante posible venta del mismo. También deteriora el paisaje ya que las sustancias tóxicas vertidas matan o extinguen a especies animales y vegetales autóctonos de la región sin la posibilidad de recuperarlos. La contaminación del suelo perjudica las actividades económicas de los pueblos o comunidades afectados porque la presencia de contaminantes.

Cultivo sin suelo (hidroponía)

Durante los últimos años se viene mostrando un marcado interés por el medio

ambiente, lo que ha facilitado el estudio del impacto

ambiental de la actividad agraria sobre la atmósfera, el

suelo y las aguas superficiales y de escorrentía. Los

cultivos sin suelo presentan unas características

diferenciales importantes en comparación con el cultivo

en suelo natural, entre ellas cabe citar: a) el control

riguroso de los aspectos relacionados con el suministro

de agua y nutrientes, especialmente cuando se trabaja

en sistemas cerrados y b) la capacidad de acogida de

residuos y subproductos para ser utilizados como sustratos de cultivo.

No obstante la industria de los cultivos sin suelo genera una serie de

contaminantes procedentes de: a) la lixiviación de los nutrientes, especialmente en

sistemas abiertos, b) el vertido de materiales de desecho, c) la emisión de

productos fitosanitarios y gases y d) el consumo extra de energía.

78

SEGUNDA UNIDAD

ALIMENTOS, PROVEEDORES

DE SUSTANCIAS ESENCIALES

PARA LA VIDA

79

¿Por qué comemos? Mapa conceptual sobre lo que aprenderás en este apartado

INTRODUCCIÓN

Es importante que el alumno valore que el ingerir alimentos es una necesidad innata del ser humano. En ellos están contenidos los

nutrimentos, que son los elementos más sencillos que todas las células del organismo necesita para llevar a cabo sus funciones. Los

nutrimentos deben ingerirse en una proporción adecuada de acuerdo a las necesidades que el organismo tiene de cada uno de ellos. Si esta

proporción no es respetada el excedente del nutrimento consumido es

convertido en energía de reserva en forma de tejido adiposo o en sustancias dañinas para el organismo fomentando el sobrepeso, la

obesidad y la aparición de otras enfermedades. Lo anterior, explica porque una alimentación correcta es uno de los pilares en la prevención

de enfermedades como sobrepeso, obesidad, diabetes, hipertensión y enfermedades cardiovasculares entre muchas otras.

80

En el suelo las plantas encuentran todos los nutrientes indispensables para subsistir. Cada uno de esos nutrientes tiene una función específica: el fósforo permite el crecimiento; el nitrógeno estimula la producción de hojas abundantes; el potasio y el calcio favorecen el desarrollo armónico de los vegetales y el hierro aumenta la coloración verde, lográndose con ello la producción de alimentos.

¿Por qué comemos? Cuando ingerimos alimentos, es decir, cuando comemos, no solo saciamos nuestro apetito y disfrutamos con ello, sino que estamos aportando a nuestro organismo los nutrientes que necesita para la vida. Los nutrientes son sustancias que el cuerpo humano requiere para llevar a cabo distintas funciones y que solo puede adquirir a través de los alimentos. Los nutrientes son unas sustancias que se encuentran presentes en los alimentos y que son imprescindibles para el desarrollo y el mantenimiento del cuerpo humano. Diferencia entre comer y nutrirse Es importante destacar que, aunque los términos alimentación y nutrición se utilizan frecuentemente como sinónimos, sus significados son diferentes. La nutrición hace referencia a los nutrientes que componen los alimentos y al conjunto de procesos involuntarios, como la digestión y absorción de sus componentes o nutrientes, su metabolismo y la eliminación de los desechos celulares del organismo. La alimentación, sin embargo, es un conjunto de actos voluntarios que abarcan la elección el alimento, cómo lo preparamos y lo comemos. El hecho de comer y el modo como lo hacemos tiene una gran relación con el ambiente en el que vivimos y determinan, en gran parte, los hábitos alimentarios y los estilos de vida de las personas. La ciencia de la nutrición tiene como objeto de estudio a los nutrientes que se encuentran en los alimentos (las sustancias que se digieren y absorben por el organismo para ser utilizadas luego en el metabolismo intermedio), su función, las reacciones del organismo para efectuarse tres procesos: 1. Digestión: Acción o efecto de convertir los alimentos en sustancias químicas que puedan ser absorbidas y asimiladas por el organismo, 2. Asimilación: Transformación de los alimentos en tejidos vivientes. 3. Nutrición: Suma de los procesos que participan en la incorporación de los nutrientes, así como en la asimilación y utilización de los mismos.

81

Obesidad y desnutrición Un término poco frecuente pero de gran impacto es la llamada transición nutricional, la cual explica la coexistencia del sobrepeso y la obesidad con problemas aún vigentes de desnutrición y carencias alimentarias en la población infantil y adolescente en México. El exceso de peso en niños representa hoy en

día uno de los problemas más serios que enfrenta la salud pública, principalmente porque la obesidad es un factor de riesgo de varias afecciones crónicas, cuya atención y tratamiento requiere de altos costos financieros; además, el impacto epidemiológico reside en que, al parecer, existe una correlación significativa entre el peso en la niñez y el peso en vida adulta. En ese sentido, la detección y atención precoz de la obesidad infantil es importante porque es el mejor momento para intentar evitar la

progresión de la enfermedad y la morbilidad asociada con la misma. La obesidad y el sobrepeso se definen como una acumulación anormal o excesiva de grasa que puede ser perjudicial para la salud, resultado de un desequilibrio entre la ingestión y el gasto energético. Este desequilibrio es frecuentemente consecuencia de la ingestión de dietas bajas en fibra con alta densidad energética, y bebidas azucaradas, en combinación con una escasa actividad física (uso excesivo de la televisión y los videojuegos). La obesidad es una enfermedad crónica que se reconoce como una epidemia mundial. Está presente en países desarrollados y no desarrollados. Medición del sobre peso y la obesidad (Sp/Ob), El Sp/Ob es el resultado del desequilibrio entre la ingesta calórica y el gasto

energético. Este desequilibrio provoca la acumulación en exceso de grasa

corporal, que puede medirse de manera sencilla a través del Índice de Masa

Corporal (IMC). El IMC resulta de relacionar el peso en kg y dividirlo entre la

talla en metros elevada al cuadrado; se aplica tanto a adultos como a niños

entre los 2 y 18 años.

Los valores que se obtienen dependen en función de la edad, el sexo y de otros factos como lo puede ser la proporción entre tejido muscular y adiposo. La OMS realizó la siguiente tabla que no diferencia entre sexo y edad.

CLASIFICACIÓN IMC

Infrapeso ˂ 18,50

Delgadez severa ˂ 16,00

Delgasez moderada 16,00 ─ 16,99

Delgasez aceptable 17,00 ─ 18,49

Normal 18,50 ─ 24,99

Sobrepeso 25,00 ─ 29,99

Obesidad ≥ 30,00

Obesidad tipo I 30,00 ─ 34,99

Obesidad tipo II 35,00 ─ 39,99

Obesidad mórbida ≥ 40,00

82

Ejercita lo aprendido ¿SABEMOS LO QUE COMEMOS?

NOMBRE__________________APELLIDOS____________________________

EDAD _________ SEXO H M

PESO _______kg ALTURA _______m IMC __________ CINTURA _______cm

1. ¿Realizas ejercicio de manera habitual? Sí No

¿Con qué frecuencia? (horas/semana) 1‐2 3‐4 5‐6 +7

2. ¿Realizas alguna comida solo? Sí No

¿Cuáles? Desayuno Comida Cena

3. ¿Visitas restaurantes de comida rápida? Sí No

¿Con qué frecuencia? 3‐5 días/semana 1‐2 días/semana 1‐3 días/mes

¿Cuáles?__________________________________________________________.

4. ¿Has realizado alguna vez una dieta de adelgazamiento? Sí No

¿Cómo la obtuviste? Médico/nutricionista Internet Amigo/conocido Otros

5. ¿Sueles comer comida precocinada? Sí No

¿Con qué frecuencia? Todos los días 4‐6 días/semana 1‐3 días/semana

6. Define alimentación saludable: _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ¿Crees que tu alimentación es saludable? Si No

7. Señala con una M la silueta que representa tu imagen corporal, y con una D la

silueta que desearía tener:

83

8. Realiza una lista con todos los alimentos que tomaste el día anterior, incluyendo bebidas, indicando las cantidades aproximadas de cada uno: DESAYUNO__________________________________________________________________________________________________________________________ MEDIA MAÑANA____________________________________________________ COMIDA_____________________________________________________________________________________________________________________________ MERIENDA__________________________________________________________________________________________________________________________ CENA_____________________________________________________________ EXTRAS_____________________________________________________________________________________________________________________________ Completa la siguiente tabla con los datos que se solicitan y hacer un debate grupal posteriormente sacar conclusiones de los aprendido.

NOMBRE

Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo

Desayuno

Almuerzo

Comida

Merienda

Cena

Extras

84

¿Qué tipo de sustancias constituye a los alimentos?

Mapa conceptual que guiará la cobertura del apartado

Iintroducción Los alimentos pueden contener nutrientes como el agua, grasas, carbohidratos, proteínas, vitaminas y minerales. El agua y los minerales son sustancias inorgánicas, mientras que las grasas, carbohidratos, proteínas y vitaminas son sustancias orgánicas; esto es, son compuestos del carbono. Por lo anterior se puede afirmar que los alimentos son mezclas de compuestos orgánicos e inorgánicos.


● Reconoce a los alimentos como mezclas que contienen compuestos orgánicos e inorgánicos (agua y sales minerales). (N3) ● Describe las principales diferencias entre los compuestos inorgánicos y los compuestos del carbono. (N2)

MEZCLA Concepto (N3) COMPUESTO Diferencias entre los compuestos inorgánicos y los compuestos del carbono (N2)

85

Reconocimiento de los alimentos como mezclas que contienen compuestos orgánicos e inorgánicos (agua y sales minerales) Para cada uno de los alimentos que se muestran en las siguientes figuras identifica: 1 Si es una mezcla o un compuesto 4. Si el compuesto es orgánico o inorgánico

Respuestas

Principales diferencias entre los compuestos inorgánicos y los compuestos del carbono. Compuestos orgánicos. Son muy abundantes en comparación con los inorgánicos, se encuentran en muchos alimentos, nuestro organismo está constituido en su gran mayoría por moléculas orgánicas y agua. Están formados principalmente por átomos de carbono que se unen entre sí formando cadenas, esta propiedad se llama concatenación, contienen también en su molécula hidrógeno y pueden tener oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre (CHONPS) y en ocasiones otros elementos. Están formados principalmente por elementos no metálicos que presentan poca diferencia de electronegatividad entre ellos, por eso al enlazarse comparten electrones y forman enlaces llamados covalentes, forman moléculas y sus propiedades están asociadas a este tipo de enlace: no se disuelven en agua, son solubles en disolventes orgánicos como es la gasolina y no conducen la corriente eléctrica, tienen bajos puntos de fusión y ebullición y pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos. Otra característica de estas sustancias es que son combustibles, reaccionan con el oxígeno en una reacción exotérmica en la que se genera energía, bióxido de carbono, CO2 y vapor de agua. Existen compuestos que contienen carbono, como son los carburos, los carbonatos y el bióxido de carbono que no pueden ser considerados como orgánicos porque no forman cadenas y tienen propiedades diferentes. Compuestos Inorgánicos. Las propiedades de estos compuestos se explican mediante su enlace iónico: son solubles en agua, conducen la corriente eléctrica fundidos o disueltos en agua, presentan altos puntos de fusión y ebullición y la mayoría son sólidos. El agua es el más abundante entre los compuestos inorgánicos.

Carne

Sal Pescado

Cereal

Mantequilla Platano Núez

Mezclas Compuestos

Agua Azúcar

86

Diferencias entre compuestos orgánicos e inorgánicos.

COMPUESTOS ORGÁNICOS

COMPUESTOS INORGÁNICOS

1. Contienen carbono, casi siempre hidrógeno y con frecuencia oxígeno, nitrógeno, azufre, halógenos y fósforo.

1. Están constituidos por combinaciones entre los elementos de la tabla periódica.

2. El número de compuestos que contienen carbono es mucho mayor que el de los compuestos que no los contienen.

2. El número de compuestos es mucho menor que el de los compuestos del orgánicos.

3. El enlace más frecuente es el covalente.

3. El enlace más frecuente es el iónico.

4. Presentan la propiedad llamada concatenación; es decir, los átomos de carbono tienen la capacidad de combinarse entre sí por enlaces covalentes formando largas cadenas.

4. No presentan concatenación.

5. Presentan isomería; es decir, una fórmula molecular puede referirse a dos o más compuestos. Ejemplo, la fórmula C2H6O puede representar al alcohol etílico o al éter dimetilico.

5. No presentan isomería.

6. La mayoría son combustibles. 6. Por lo general, no arden.

7. Se descomponen fácilmente por el calor.

7. Resisten temperaturas elevadas

8. Son gases, líquidos o sólidos de bajos puntos de fusión.

8. Por lo general, son sólidos de puntos de fusión elevados.

9. Generalmente son solubles en disolventes orgánicos como éter, alcohol, benceno, cloroformo etc.

9. Generalmente son solubles en agua.

10. Pocas soluciones de sus compuestos se ionizan y prácticamente no conducen la corriente eléctrica.

10. En solución, la mayoría se ionizan y conducen la corriente eléctrica.

11. Las reacciones son lentas y rara vez cuantitativas

11. Reaccionan, casi siempre, rápida y cuantitativamente.

87

Ejercita lo aprendido Efectúa la siguiente lectura y posteriormente completa la tabla de abajo. Lectura: DIFERENCIAS ENTRE COMPUESTOS ORGÁNICOS E INORGÁNICOS. ELEMENTOS PARTICIPANTES Los compuestos orgánicos, están formados por unos cuantos elementos, entre los que se encuentran: el carbono como principal, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el fósforo, el azufre, los halógenos y algunos metales, con los cuales generan una enorme cantidad de compuestos que rebasan los 13 millones, mientras que los compuestos inorgánicos están constituidos por todos los compuestos que resultan de todas las posibles combinaciones de los elementos conocidos hasta hoy, incluyendo algunos compuestos del carbono como el monóxido de carbono CO, el bióxido de carbono CO2, el disulfuro de carbono CS2, el tetracloruro de carbono y los llamados carburos metálicos, que en conjunto son aproximadamente más de 500,000. Esta gran diferencia varía con el tiempo, ya que a diario se realizan trabajos de síntesis de otros compuestos que existen en la naturaleza, o bien, de los nuevos que se van generando. ESTABILIDAD y SOLUBILIDAD Los compuestos orgánicos son sólidos, líquidos y gaseosos, muy inestables a la acción de los agentes fisicoquímicos, tales como el calor ya que funden a bajas temperaturas y si se continúan calentando, entran en combustión y hasta se carbonizan. Los compuestos orgánicos son fácilmente solubles en solventes no polares como el alcohol, éter, acetona, benceno, entre otros. En relación con el tipo de estructuras que forman, éstas son complejas y de elevadas masas moleculares, siendo sus reacciones comparativamente lentas. Por otro lado, los compuestos inorgánicos en general son sólidos, mucho más resistentes al calor, ya la acción de agentes químicos como el ácido sulfúrico con el que son más estables, Además, los compuestos inorgánicos se disuelven más fácilmente en agua que es un solvente polar, siendo sus estructuras moleculares más sencillas, de baja masa molecular y por lo general, sus reacciones son muy rápidas. ENLACES En los compuestos orgánicos predominan las moléculas con enlace covalente, los cuales al disolverse en solventes no polares no conducen la corriente eléctrica pues no forman iones, incluso algunos como el azúcar al disolverse en agua destilada no se ioniza, y en general, sus puntos de fusión y ebullición son bajos. Por otro lado en las sustancias inorgánicas, predominan los compuestos iónicos, o bien, los compuestos, cuyas moléculas son polares. Los compuestos que presentan enlace iónico ya sea fundidos o en disolución, conducen la corriente eléctrica. Sus puntos de fusión y de ebullición son altos. ISOMERÍA Es frecuente en el estudio de la química orgánica, y muy rara vez aparece en la química inorgánica, entendiéndose como isomería a la propiedad que manifiestan dos o más sustancias al presentar la misma fórmula molecular, y composición-centesimal, pero estructura y propiedades diferentes.

88

Instrucciones: A partir de la lectura “Diferencias entre compuestos orgánicos e inorgánicos” completa el siguiente cuadro comparativo:

Propiedad Compuestos Inorgánicos

Compuestos Orgánicos

Elementos que participan

Número de compuestos conocidos.

Tipos de enlace

Se pueden disolver en:

Conductividad eléctrica

Estabilidad térmica (decir si son resistente o son inestables al calor

Estado de agregación

Puntos de fusión y ebullición (decir si son altos o bajos)

Isomería (Si o No)

89


1. ( ) ¿Qué tipo de sustancias son los alimentos?

a) mezclas

b) elementos

c) compuestos inorgánicos

d) compuestos orgánicos

2. ( ) Un alimento está constituido por:

a) agua y sales inorgánicas

b) compuestos del carbono y agua

c) compuestos orgánicos e inorgánicos

d) elementos metálicos y no metálicos

3. ( ) Los compuestos orgánicos se caracterizan porque:

a) son solubles en agua

b) forman enlaces iónicos

c) son buenos electrolitos

d) presentan enlaces covalentes

4. ( ) Los compuestos del carbono:

a) tienen altos puntos de fusión

b) son solubles en solventes orgánicos

c) son resistentes al calor

d) en solución acuosa conducen la corriente eléctrica

5. ( ) Los compuestos inorgánicos:

a) generalmente son solubles en agua

b) son muy solubles en solventes orgánicos

c) sus puntos de fusión son bajos

d) no se disuelven en agua

Respuestas: 1A, 2 , 3D, 4B, 5A

90

¿Por qué el carbono es el elemento predominante en los alimentos?

Alimentación saludable. Es aquélla que mantiene un equilibrio entre los aportes

de alimentos y los requerimientos de nutrientes, con el objetivo final de asegurar

una correcta salud individual.

Los nutrientes son sustancias que se encuentran presentes en los alimentos y

que son imprescindibles para el desarrollo y el mantenimiento del cuerpo humano.


● Señala cuáles son los macro y micro nutrimentos indispensables para los humanos. ● Establece a partir de los electrones de valencia y de su valor de electronegatividad que el carbono es tetravalente y que las uniones C-C y carbono con otro elemento son covalentes. (N2) ● Reconoce la capacidad del carbono para formar enlaces sencillos, dobles y triples, con base en su distribución electrónica. (N2) ● Explica mediante la estructura atómica del carbono su capacidad para formar cadenas. (N2) ● Clasifica a los hidrocarburos en saturados e insaturados por su tipo de enlace. (N2) ● Representa hidrocarburos sencillos por medio de fórmulas semidesarrolladas. (N2) Reconoce la importancia de la posición de los átomos en las moléculas mediante la elaboración de modelos estructurales. (N3)

COMPUESTO Propiedades de los compuestos del carbono (N2) Hidrocarburos saturados e insaturados (N2) Representación por medio de fórmulas (N2) ELEMENTO Elementos presentes en los compuestos del carbono (N1) ENLACE Enlace covalente sencillo, doble y triple (N2) ESTRUCTURA DE LA MATERIA Configuración electrónica del carbono (N2) Concepto de molécula y su representación por medio de fórmulas (N2) Isómeros estructurales (N2) Relación entre la estructura de las moléculas y las propiedades de los compuestos (N3)

91

Mapa conceptual que guiará la cobertura del apartado

Hay seis tipos de nutrientes indispensables para los humanos y se pueden clasificar en dos grupos: ● Macronutrientes. Son aquéllos que necesitamos en grandes cantidades (g). Pertenecen a este grupo los carbohidratos, grasas, proteínas y agua. ● Micronutrientes. Son aquéllos que necesitamos en pequeñas cantidad, aunque son muy importantes (mg ó μg). Pertenecen a este grupo las vitaminas y los minerales. También podemos clasificar los nutrientes según el tipo de función que realizan en el organismo, diferenciando tres grupos: ●Energéticos. Permiten el mantenimiento de las funciones esenciales y la actividad física (grasas, carbohidratos y proteínas). ● Constructores. Son los encargados del crecimiento, el mantenimiento y la renovación de los tejidos (proteínas, minerales, grasas, agua, carbohidratos y sales). ● Facilitan los mecanismos de defensa del organismo (vitaminas, sales minerales, proteínas y grasas).

92

Clasificación de los nutrientes

El carbono es un elemento que se encuentra en el grupo IV (14) y en el segundo periodo de la tabla periódica.

Posee un número atómico Z = 6 y cuatro electrones en la capa de valencia, por lo que lo podemos representar mediante diagramas de Lewis de la siguiente manera:

93

Sí observas la siguiente tabla puede advertirse que la electronegatividad del

carbono es el valor intermedio para elementos del periodo dos.

Lo anterior significa que los átomos de carbono tienen mayor fuerza de atracción por los electrones en los enlaces químicos, que los elementos más metálicos del periodo (Li, Be, B,) pero menor que los de los no metales (N,O,F). Para completar el octeto, el átomo de carbono debería ganar cuatro electrones (tomando la distribución electrónica del Ne) o perder cuatro electrones (tomando la distribución electrónica del He). Ambos procesos (ganancia o pérdida de cuatro electrones) son energéticamente

desfavorables para él. Por lo anterior, el carbono tiene poca tendencia a formar tanto cationes C4+ como aniones C4-. En realidad, al carbono le es más fácil compartir sus cuatro electrones de valencia para adquirir el octeto, que perder o ganar cuatro electrones. Por todo esto, el átomo de carbono forma principalmente enlaces covalentes, es decir, comparte sus electrones con otros átomos. Para adquirir su octeto el átomo de carbono comparte cuatro electrones y consecutivamente formar cuatro enlaces covalentes en las moléculas, por esto, el átomo de carbono es tetravalente, lo que quiere decir que puede formar cuatro enlaces covalentes. A la característica que presenta el átomo de carbono de unirse consigo mismo de forma covalente, se le denomina concatenación. Los ocho electrones alrededor del átomo de carbono se encuentra formando pares en los enlaces covalentes y pueden estar agrupados en cuatro formas diferentes:

Otros elementos comunes en los compuestos orgánicos tienen diferente forma de enlazarse. Un átomo de hidrógeno está siempre enlazado a una molécula con un enlace covalente sencillo. Un átomo de oxígeno, en una molécula, puede encontrarse unido mediante dos enlaces

sencillos o un enlace doble. Un átomo de nitrógeno pude formar tres pares de electrones de enlace y, entonces, formar tres enlaces sencillos, uno triple o uno sencillo y otro doble.

94

Los compuestos de carbono unen los átomos formando cadenas lineales,

ramificadas o cíclicas.

Al número de átomos de una cadena se le llama longitud de la cadena.

Para representar los compuestos de carbono se utilizan diferentes tipos de fórmulas. Indica el número de átomos de cada elemento.

C3H

8

Indica cómo están unidos los átomos y su disposición en el espacio. disposición espacial.

Indica únicamente los enlaces entre los átomos

de carbono. CH3 - CH

2 - CH

3

Longitud de la cadena

C3

C5

C6

Compuesto

C3H8

C5H12

C6H12

Tipo de cadena

Lineal

Ramificada

Cíclica

Representación

Fórmula molecular

Fórmula desarrollada

Fórmula condensada

95

Los hidrocarburos según su tipo de enlace se clasifican en saturados e insaturados.

Hidrocarburos saturados Hidrocarburos insaturados Representación de hidrocarburos sencillos por medio de fórmulas

FÓRMULAS SEMIDESARROLLADAS DE HIDROCARBUROS SENCILLOS.

ALCANOS

Metano: CH4, Etano: CH3 ─ CH3, Propano: CH3 ─ CH2 ─ CH3, Butano: CH3 ─ CH2 ─ CH2 ─ CH3.

ALQUENOS

Eteno: CH2 = CH2, Propeno: CH2 = CH ─ CH3, 1- Buteno: CH2 = CH ─ CH2 ─ CH3, 2- buteno: CH3-CH=CH-CH3

ALQUINOS

Etino: CH ≡ CH, Propino: CH ≡ C- CH3, 1- Butino: CH ≡ C- CH2 – CH3, 2-Butino: CH3 - C ≡ C- CH3

96

La importancia de la posición de los átomos en las moléculas radica en las propiedades químicas y físicas de las sustancias. El 1- Buteno de la tabla anterior, tiene una masa molar de 56 g/mol, un punto de

ebullición de -6.31°C y un punto de fusión de -185.35 °C. Mientras que el 2-

Buteno tiene una masa molar de 56 g/mol, un punto de ebullición de 3.72 °C y un

punto de fusión de -138.89 °C.

El 1-Butino tiene una masa molar de 54 g/mol, un punto de ebullición de 8°C y un

punto de fusión de -106°C. Mientras que el 2-Butino tiene una masa molar de 54

g/mol, un punto de ebullición de 27°C y un punto de fusión de -32°C.

Como puede observarse aunque los compuestos tienen la misma masa molar, los

puntos de fusión y ebullición son totalmente diferentes, esto debido a la posición

de los átomos en las moléculas.

Ejercita lo aprendido Para los humanos:

( ) Los macronutrimentos indispensables son: carbohidratos, lípidos y Proteínas.

( ) Las vitaminas y los minerales son los micronutrimentos indispensables

( ) Son micronutrimentos las grasas y los carbohidratos

( ) Las proteínas son micronutrimentos.

Instrucciones: Completa el siguiente mapa conceptual colocando las siguientes

palabras en el lugar que les corresponde: Proteínas, Micronutrientes, Minerales,

Carbohidratos y Vitaminas.

97


1. ( ) Son los macro y micro nutrimentos indispensables para los humanos.

a) frutas, verduras, cereales, grasas y aceites. b) proteínas, lípidos, carbohidratos, vitaminas y minerales c) cloruro de sodio, sales de hierro, azúcar, tortilla y agua d) hidrocarburos, carbohidratos, minerales, vegetales y carbonatos.

2. ( ) El número atómico del carbono es 6, su masa atómica 12 u (uma) y su

distribución electrónica, de acuerdo al modelo atómico de Bohr, es:

2e- 4e-

K L Instrucciones. Con base en lo anterior responde la siguiente pregunta:

Se puede afirmar que al unirse con otros átomos de carbono:

a) Comparte siempre 6 electrones. b) Al ganar cuatro electrones adquiere carga positiva c) Al perder sus cuatro electrones externos adquiere carga negativa. d) Comparte los cuatro electrones externos para formar enlaces sencillos,

dobles o triples. 3. ( ) El valor de la electronegatividad del carbono es de 2.5, por lo que la unión

entre dos carbonos (C-C) es:

a) iónica b) covalente polar c) covalente no polar d) polar

4. ( ) El carbono es un elemento que tiene cuatro electrones externos. Esto

permite afirmar que el carbono es:

a) monovalente b) divalente c) trivalente d) tetravalente

12

6C

98

5. ( ) El valor de la electronegatividad del carbono es de 2.5, por lo que la

unión entre dos carbonos (C ─ C) es de tipo:

a) iónico b) electrovalente c) covalente polar d) covalente no polar

6. ( ) Los cuatro electrones en la capa más externa del átomo de carbono hace que tenga la posibilidad de unirse a otros átomos de carbono para formar enlaces:

a) solamente sencillos

b) solamente dobles

c) solamente dobles y triples

d) sencillos, dobles y triples

7. ( ) Los átomos de carbono se enlazan con otros átomos de carbono y pueden formar cadenas desde dos a miles de átomos, esta propiedad se llama:

a) isomería

b) tetraédrica c) tetravalencia

d) concatenación

8. ( ) Son hidrocarburos unidos mediante enlaces simples carbono-carbono: a) saturados

b) aromáticos

c) alquenos

d) insaturados

9. ( ) Las siguientes fórmulas semidesarrolladas poseen diferente posición de

los átomos en las moléculas, esto nos permite afirmar que:

a) todas estas fórmulas representan compuestos iguales en su estructura

b) los compuestos representados tienen la misma estructura química

c) los compuestos representados tienen las mismas propiedades físicas y

químicas por tener la misma fórmula condensada C5H12

d) los compuestos representados poseen estructura química y propiedades

diferentes

Respuestas: 1B, 2D, 3C, 4D, 5D, 6D, 7D, 8A, 9D.

99

¿Qué determina las propiedades de los compuestos del carbono?



● Identifica en las fórmulas de compuestos del carbono, los grupos funcionales que caracterizan a los alcoholes, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres, aminas y amidas. (N1). ● Señala que el tipo de elemento y de enlaces, el tamaño y forma de las cadenas y los grupos funcionales presentes, son los factores determinan las propiedades de los compuestos orgánicos. (N2) ● Reconoce la importancia de la posición de los átomos en las moléculas mediante la elaboración de modelos estructurales. (N2)

COMPUESTO Características de los compuestos orgánicos (N2) ESTRUCTURA DE LA MATERIA Concepto de grupo funcional (N2) Grupos funcionales que caracterizan a los alcoholes, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres, aminas y amidas (N1) Factores que determinan las propiedades de los compuestos del carbono (relación estructura – propiedades) (N2)

100

Grupo funcional.

Un grupo funcional es un átomo o grupo de átomos, enlazados de una

determinada forma, que presentan una estructura y propiedades físico y químicas

determinadas que caracterizan a los compuestos orgánicos que los contienen.

Los grupos funcionales pueden ser átomos, grupos de átomos o arreglos en los

enlaces, así, los dobles o triples enlaces también se consideran grupos

funcionales. Muchos compuestos orgánicos contienen más de un grupo funcional.

Estos grupos de átomos son tan importantes que podemos destacarlos en las

moléculas y representar al resto de la molécula con una R. La R supone la

existencia de al menos un átomo de carbono unido al grupo funcional. La

presencia del grupo ─OH (hidroxilo) hace del compuesto un alcohol. Por otro

lado, a los grupos CH3─, CH3CH2─ unidos al OH se les denominan radicales. Un

radical es una agrupación de átomos de carbono e hidrógeno en la que un átomo

de carbono tiene un enlace sin unir a otro átomo.

El grupo funcional es el principal responsable de la reactividad química del

compuesto, por eso todos los compuestos que poseen un mismo grupo funcional

muestran las mismas propiedades.

Principales grupos funcionales

Alcoholes

Los alcoholes son compuestos de fórmula general R ─ OH, en donde “R” es un

radical o grupo alquilo que puede ser abierto o cíclico. Todos los alcoholes

contienen el grupo funcional hidroxilo ─ OH, el cual determina las propiedades

características de la familia.

Metanol

Aldehidos y cetonas

Los aldehídos y las cetonas se caracterizan por tener como grupo funcional un

doble enlace en su estructura, la fórmula general de los

Aldehídos y de las cetonas es:

101

Sí está unida a un átomo de carbono es aldehído, pero sí se encuentra unido a dos átomos de carbono es cetona.

Ácidos carboxílicos

Los ácidos carboxílicos contienen el grupo funcional carboxilo en un

extremo de la cadena carbonada.

Ácido etanoico

Ésteres

Los ésteres se encuentran comúnmente en la naturaleza, son las moléculas que

proporcionan el olor y el sabor. Contienen el grupo funcional éster ─ COO ─

Éster dimetílico

102

Éteres

Son sustancias que resultan de la unión de dos radicales alquilo a un átomo de

oxígeno. Su grupo funcional es ─ O ─

Dimetil éter

Aminas

Las aminas se pueden considerar derivados del amoniaco (NH3), su grupo

funcional es el amino que se obtiene al sustituir uno, dos otres

hidrógenos por radicales. Cuando es un hidrógeno el que es reemplazado por u n

radical, sé forman aminas primarias, secundarias si son dos y terciarias al sustituir

los tres hidrógenos.

Metilamina

Amidas

Las aminas son derivadas de los ácidos carboxílicos. Su grupo funcional amida

resulta de sustituir el grupo hidroxilo (─ OH) del grupo ácido por un grupo amino

(─NH2) o, en general, por diversos radicales mino sustituidos: NHR, NRR' donde R

y R' son radicales. Lo que caracteriza a una amida es la unión de un nitrógeno

con el carbono de un grupo carbonilo.

Etanamida

103

RESUMEN DE GRUPOS FUNCIONALES

GRUPO FUNCIONAL

FÓRMULA FAMILIA EJEMPLO

Hidroxilo

Alcoholes

Carbonilo

Aldehídos y Cetonas

Carboxilo

Ácidos

Carboxílicos

Éster

Ésteres

Éter

Éteres

Amino

Aminas

Amida

Amidas

104

Identificación de grupos funcionales en fórmulas de compuestos del carbono contenidas en productos de uso cotidiano.

105

Factores que determinan las propiedades de los compuestos orgánicos. Los factores que determinan las propiedades de los compuestos orgánicos son: El tipo de elemento y de enlaces, el tamaño, forma de las cadenas y los grupos funcionales presentes. Enlaces más débiles que el enlace covalente. El enlace covalente es la unión que explica el mantenimiento de la unidad estructural de un compuesto orgánico. Además de este enlace intermolecular se puede dar entre las moléculas una serie de interacciones, mucho más débiles que el enlace covalente, pero que a menudo son las responsables de las propiedades físicas de los compuestos orgánicos. Este tipo de interacciones intermoleculares son de especial importancia en el estado sólido y líquido, ya que las moléculas están en contacto continuo. Los puntos de fusión, de ebullición y la solubilidad de los compuestos orgánicos muestran los efectos de estas fuerzas. Hay tres tipos principales de interacciones intermoleculares que hacen que las moléculas se asocien para formar sólidos, líquidos o gases: las fuerzas entre dipolos de las moléculas polares, las fuerzas de London que afectan a todas las moléculas, y los puentes de hidrógeno que atraen moléculas que tienen grupos OH y NH. Fuerzas dipolo – dipolo Cuando una molécula es un dipolo permanente se produce una atracción electrostática entre el extremo positivo de una molécula y el extremo negativo de la molécula vecina. Esta es la fuerza dipolo – dipolo e influyen en la solubilidad y los puntos de fusión y ebullición de las sustancias moleculares.

Interacción dipolo ─ dipolo Interacción dipolo ─ dipolo Como las moléculas polares se orientan en la situación positivo-negativo de menor energía y la fuerza neta es de atracción para pasar del estado líquido al gaseoso debe superarse esta atracción, lo cual provoca mayores calores de evaporación y mayores puntos de ebullición para los compuestos de moléculas muy polares. Los puntos de fusión y ebullición aumentan con la masa molecular de la sustancia.

> polaridad > fuerzas de atracción > punto de ebullición

Las fuerzas dipolo–dipolo se encontrarán solamente entre moléculas polares.

106

Fuerzas de dispersión de London Cuando una molécula es no polar, no existe un dipolo, su distribución electrónica es simétrica. Pero como los electrones están en continuo movimiento, puede suceder que momentáneamente se deforme y se produzca un dipolo. Esto puede suceder por choques entre moléculas o con las paredes del recipiente. Se dice que la molécula se polariza, y cuando esto sucede en una molécula, inmediatamente induce a la molécula vecina a que también se polarice. Continuamente entonces se están formando y destruyendo estos dipolos temporarios. El tamaño de las fuerzas de dispersión de London generalmente (pero no siempre) está asociado a una mayor masa molecular de las sustancias.

Moléculas no polares Dipolos inducidos Los hidrocarburos presentan estas interacciones:

CH4 C2H6 C6H14 Masa molecular creciente

Fuerzas de dispersión crecientes

Puntos de fusión y ebullición crecientes

Las fuerzas de London existen en todas las moléculas, sean polares o no. En las moléculas no polares son las únicas fuerzas intermoleculares que existen.

> Masa molecular > fuerzas de atracción > puntos de fusión y de ebullición.

107

Interacciones de dispersión (London) Dependen de la forma de las moléculas no polares n- pentano PE= 56.1 °C La forma alargada del n- pentano favorece la interacción y el desarrollo de dipolos inducidos. Las interacciones de dispersión son mayores en el n- pentano.

Puentes de hidrógeno Se forman entre un átomo de H que forma un enlace covalente polar con un átomo

muy electronegativo (F, O, N).

MOLÉCULAS CON GRUPOS FUNCIONALES. La presencia en la cadena de átomos de otros elementos (como O y N), y su disposición en la misma, confieren diferentes propiedades a los compuestos orgánicos. Propiedades: Las propiedades de los compuestos vienen marcadas fundamentalmente por el grupo funcional que caracteriza al compuesto. Además, podemos destacar otros dos factores: - Longitud de la cadena. - Polaridad de la molécula Polaridad: Esta propiedad está muy relacionada con el grupo o grupos funcionales que contenga la molécula, ya que son estos los que pueden aportar átomos con suficiente electronegatividad (F, O, N, ) como para crear separación de cargas (las cadenas hidrocarbonadas suelen ser apolares o muy poco polares). Una mayor polaridad implica: - Mayor solubilidad en agua y disolventes polares. - Mayores puntos de fusión y ebullición, dado que las fuerzas intermoleculares son más intensas. Longitud de la cadena: La cadena carbonada tiene una muy baja polaridad, por lo que una mayor longitud trae consigo un descenso en el carácter polar de la molécula. No obstante, un mayor tamaño de la molécula hace que haya más posibilidades de interacción con otras moléculas. Una mayor longitud de la cadena significa: - Menor solubilidad en agua y disolventes polares - Mayores puntos de fusión y ebullición.

C5H12 Dimetil propano

PE = 9.5 °C

108

Evaluación formativa 1. En las siguientes estructuras químicas de uso cotidiano se señalan diferentes grupos funcionales contenidos en ellas, escribe en la línea de la derecha el nombre que le corresponde a cada grupo funcional.

Aspartame (poderoso edulcorante)

Ácido fólico (vitamina B9)

2. Relaciona las columnas colocando en el paréntesis el número de la izquierda con el grupo funcional correspondiente.

-

Nombre del grupo

funcional

Grupo funcional

1. Amino

( )

2. Amida

( )

3. Carboxilo

( )

4. Carbonilo

( )

5. Éster

( )

6. Hidroxilo

( )

109

Evaluación sumativa 1. ( ) De acuerdo a sus grupos funcionales los siguientes compuestos se

clasifican como:

a) 1 alcohol, 2 ácido carboxílico, 3 amina, 4 cetona

b) 1 amida, 2 alcohol, 3 cetona, 4 ácido carboxílico

c) 1 alcohol, 2 cetona, 3 ácido carboxílico, 4 amina*

d) 1 cetona, 2 amina, 3 alcohol, 4 ácido carboxílico

2. ( ) ¿Cuáles son los grupos funcionales que están señalados con las letras A,

B y C ?

a) A amino, B amida, C carboxilo*

b) A amida, B amino, C carboxilo

c) A carboxilo, B amida, C amino

d) A amino, B carbonilo, C hidroxilo

3. ( ) ¿Cuál de los siguientes compuestos tendrá mayor punto de ebullición de

acuerdo a la propiedad de formar puentes de hidrógeno?

a) CH3-CH3

b) CH3-CH2-OH*

c) CH3-O-CH3

d) CH3-CH2-CH3

Respuestas: 1C, 2A, 3B

110

¿Qué grupos funcionales están presentes en los nutrimentos orgánicos? ¿Cuál es la función en el organismo de los nutrimentos? ¿Hay relación entre la estructura de los nutrimentos y su función en el organismo?

APRENDIZAJES TEMÁTICA ● Indica qué elementos constituyen a las grasas, carbohidratos y proteínas (N1) ● Identifica enlaces sencillos, dobles y triples en fórmulas de biomoléculas. (N3) ● Identifica los grupos funcionales presentes en fórmulas de grasas, carbohidratos, proteínas y vitaminas.(N2) ● Señala cuál es la fórmula general de las grasas, carbohidratos y proteínas.(N2) ● Reconoce en fórmulas de polisacáridos y polipéptidos los enlaces glucosídicos y peptídicos, respectivamente. (N1)

ELEMENTO

Elementos presentes en los lípidos (grasas), carbohidratos y proteínas ENLACE Enlace covalente sencillo, doble y triple.(N3) Enlace glucosídico (N1) Enlace peptídico. (N1) ESTRUCTURA DE LA MATERIA Grupos funcionales presentes en las grasas, carbohidratos y proteínas N2 Fórmula general de las grasas, carbohidratos y proteínas (N2)

111

Cx(H2O)y

Fórmula general

Carbohidratos

Desde el punto de vista químico, los carbohidratos están compuestos por los

elementos carbono, hidrógeno y oxígeno, los dos últimos en la misma relación de

átomos (2:1) encontrada en el agua.

Los carbohidratos son compuestos que contienen múltiples grupos hidroxilo (-O H) así como un grupo funcional llamado carbonilo.

Hidroxilo Carbonilo Fórmula química general

En el caso de los carbohidratos los monómeros son los monosacáridos. Sí se unen suficientes unidades de monosacáridos, se forma un polisacárido. La formación de disacáridos y polisacáridos, a partir de monosacáridos, se produce mediante una reacción de condensación con la correspondiente pérdida de agua y la formación de un enlace glucosídico, que es el enlace que se forma entre dos moléculas de monosacáridos.

Enlace glucosídico en formación Enlace glucosídico

La unión de las moléculas de glucosa se efectuó a través de los grupos (-OH), encerrados en color rojo, que especifican cómo se formará el enlace glucosídico (O ) y la correspondiente molécula de agua.

Lípidos

Se llaman lípidos a un conjunto de moléculas orgánicas, la mayoría biomoléculas,

constituidas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno. Tienen como

característica principal de ser solubles en disolventes orgánicos y no en agua.

La misma definición de lípido señala una de las particularidades fundamentales de

estas moléculas: su no polaridad. Dentro de este grupo existe un gran número de

sustancias químicas distintas como los ácidos grasos y triacilgliceroles entre otros.

Ácidos grasos

Los ácidos grasos, son ácidos carboxílicos, formados por largas cadenas

hidrocarbonadas con un número par de átomos de carbono , que oscila entre 14 y

22, aunque lo más frecuente es que tengan entre 16 y 18 átomos de carbono.

Estos átomos de carbono se pueden unir entre sí, mediante enlaces sencillos o

dobles. Cuando los enlaces son simples, se habla de ácidos grasos saturados,

mientras que si posee al menos un doble enlace, se habla de ácidos grasos

+ H2O

112

insaturados (monoinsaturados: un doble enlace; poliinsaturados: más de un doble

enlace) la fórmula básica de una molécula de grasa completamente saturada es:

Fórmula general de los ácidos graso

Muchos aceites y grasas de la dieta consisten en largas cadenas de ácidos

carboxílicos, conocidos como ácidos grasos, unidos a una molécula de glicerol. El

glicerol es una pequeña cadena de carbonos con tres grupos hidroxilo

funcionales. Una molécula de glicerol se combina con tres moléculas de ácido

graso en una reacción de condensación y se forman tres moléculas de agua y una

molécula de triglicérido. Cada ácido graso contribuye con la parte hidroxilo de su

grupo carboxilo (- COOH), y cada grupo hidroxilo del glicerol contribuye con el

átomo de hidrógeno para formar las moléculas de agua. El lípido formado se

denomina triglicérido.

Glicerol + 3 ácidos grasos Triglicérido (éster) + 3 moléculas de agua

Los ácidos grasos pueden agruparse en dos categorías principales según la

ausencia o presencia de los enlaces dobles entre los átomos de carbono. Los que

no contienen enlaces dobles se llaman ácidos grasos saturados. Los que tienen

uno o más enlaces dobles se les llama insaturados.

a) Ácidos grasos saturados: todos los enlaces de la cadena hidrocarbonada son

sencillos, abundan en los aceites y grasas de origen animal como el ácido

palmítico y el ácido esteárico:

CH3–(CH

2)n–COOH

113

b) Ácidos grasos insaturados: en la cadena tienen uno o varios enlaces dobles,

están presentes en aceites y grasas de origen vegetal como por ejemplo. Ácido

oleico que tiene un doble enlace entre los carbonos 9 y 10 contados a partir del

extremo donde se encuentra el grupo carboxilo, el ácido linoleico tiene dos dobles

enlaces en el carbono 9, 12 y el ácido linolenico tiene 3 dobles enlaces en los

carbonos 9, 12 y 15 como se ilustra a continuación:

Aquellos ácidos grasos con solo un enlace doble por molécula se clasifican como monoinsaturados, mientras que los que tienen dos o más enlaces dobles se les denomina poliinsaturados. Los ácidos grasos saturados tienen estructura de cadena lineal, que permite que sus moléculas se acerquen bastante y formen atracciones fuertes. Teniendo como resultado puntos de fusión alto, porque se requiere energía para romper los enlaces entre las moléculas y fundir el ácido graso. El punto de fusión aumenta a medida que las cadenas de carbono son más largas.

Proteínas

Las proteínas están formadas por bloques constitutivos que se denominan aminoácidos. Cada aminoácido tiene un átomo de carbono central alrededor del cual se organizan: dos grupos funcionales, el grupo amino (- NH2), el grupo carboxilo (- COOH) y además un átomo de hidrógeno y una cadena lateral variable, R.

114

Los grupos amino y carboxilo suministran sitios de enlace convenientes para

encadenar aminoácidos. Como un aminoácido está formado por una amina y un

ácido carboxílico, la combinación de dos aminoácidos produce una amida

liberando agua.

Formación del enlace peptídico

Aminoácido 1 + Aminoácido 2 produce Dipéptido + Agua

Esta es una reacción de condensación en la que el grupo amino de un aminoácido

reacciona con el grupo carboxilo de otro aminoácido formando un grupo funcional

amida. Los bioquímicos llaman al enlace amida que une dos aminoácidos enlace

peptídico.

Cuando dos aminoácidos se unen por medio de un enlace peptídico , la cadena

resultante con dos aminoácidos se conoce como dipéptido.

Aminoácido 1 + Aminoácido 2 Dipéptido + Agua

Vitaminas

Las vitaminas son sustancias orgánicas requeridas en pequeñas cantidades por las células en el cuerpo. Debido a que la mayoría de las vitaminas no se sintetizan en el organismo, deben obtenerse de los alimentos. Las vitaminas se clasifican en base a su solubilidad, las que son solubles en agua se les denomina hidrosolubles y las que son solubles en grasas son liposolubles. Las vitaminas del complejo B y C tienen grupos polares que los hacen solubles en agua.

Vitamina A. liposoluble Vitamina C. hidrosoluble

En las vitaminas liposolubles, su estructura molecular es similar a un hidrocarburo con muchas unidades – CH2, hay uno o dos átomos de oxígeno presentes, pero en general son compuestos no polares. En contraste, las vitaminas hidrosolubles contienen una elevada proporción de átomos electronegativos, oxígeno y nitrógeno, que pueden formar puentes de hidrógeno con el agua; por ello, la molécula es soluble en agua.

115

Fórmula estructural y tipo de nutrimento de las siguientes sustancias:

116

¿Cómo se obtiene la energía necesaria para realizar las funciones vitales a partir de la oxidación de las grasas y los carbohidratos? La glucosa es un carbohidrato, y es el azúcar simple más importante en el metabolismo humano. La glucosa es una de las principales moléculas que sirven como fuentes de energía para las plantas y los animales. Se encuentra en la savia de las plantas y en el torrente sanguíneo humano, donde se conoce como "azúcar en la sangre". Cuando se oxida en el cuerpo en el proceso llamado metabolismo, la glucosa produce dióxido de carbono, agua, y algunos compuestos de nitrógeno, y en el proceso, proporciona energía que puede ser utilizada por las células.

La energía a partir de la glucosa se obtiene por medio de la reacción de oxidación:

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O

Donde un mol de glucosa (alrededor de 180 gramos) reacciona con seis moles de O2. Sin embargo, en los organismos vivos, la oxidación de la glucosa contribuye a una serie de reacciones bioquímicas complejas que proporcionan la energía necesaria para las células. El primer paso en la descomposición de la glucosa en todas las células es la glucólisis, la producción de piruvato que es el punto de partida de todos los demás procesos en la respiración celular. En las células donde está presente el oxígeno, estos procesos han sido modelados en el ciclo de Krebs. Una parte importante en la utilización de la energía de oxidación de la glucosa, es la conversión de ADP (adenosín difosfato) en ATP (adenosín trifosfato), con la molécula ATP rica en energía, utilizándose posteriormente como la moneda de energía en la célula.

La glucosa es elaborada por las

plantas con la ayuda de la energía

del Sol, en un proceso llamado

fotosíntesis. Esta síntesis se lleva

a cabo en las pequeñas fábricas

de energía llamadas cloroplastos

en las hojas de las plantas. Los

cloroplastos capturan la energía

de la luz y fabrican moléculas de

glucosa a partir del dióxido de

carbono del aire y el agua del

suelo.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/organic/carb.html#c1

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/organic/carb.html#c2

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/biology/glycolysis.html#c1

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/biology/celres.html#c1

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/biology/atp.html#c1

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/biology/photosyn.html#c1

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/biology/chloroplast.html#c1

117

La energía producida de la oxidación de los carbohidratos: En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico producido durante la glucolisis es convertido en acetil CoA, la cual, entra en el ciclo de Krebs y forma 2 ATP, dióxido de carbono e hidrógeno. El ion hidrógeno producido durante la glucolisis es transportado a la cadena de transporte de electrones.

La cadena de transporte de electrones produce iones hidrógeno que se recombinan con el oxígeno para producir agua. Los electrones liberados aportan la energía necesaria para fosforilar el ADP a ATP. Una molécula de glucógeno puede generar hasta 37-39 moléculas de ATP. Oxidación de lípidos (ácidos grasos). Aunque muchos

compuestos químicos (tales

como los triglicéridos, los

fosfolípidos y el colesterol)

se clasifican como grasa,

sólo los triglicéridos son

fuentes energéticas

importantes. Los triglicéridos

se almacenan en las células

grasas y en las fibras musculares esqueléticas. Para usar su energía, los

triglicéridos deben descomponerse en sus unidades básicas: una molécula de

glicerol y tres moléculas de ácidos grasos libres. Este proceso se llama lipólisis, y

lo llevan a cabo unas enzimas conocidas como lipasas. Los ácidos grasos libres

(AGL) son la fuente energética principal.

La energía producida por la oxidación de un ácido graso varía en función de la

composición química del ácido graso oxidado, pero normalmente es mayor que la

energía obtenida por la oxidación de una glucosa.

La cantidad de calorías que se obtienen de los lípidos es más alta con 9 kcal/g,

frente a los carbohidratos o las proteínas con 4 kcal/g, cuando se oxida

completamente una molécula de ácido graso genera unas 44 moléculas de ATP,

comparadas con las 36-38 que se producen a partir de una molécula de glucosa.

118

Evaluación formativa

119

Evaluación sumativa 1. ( ) Es la opción que relaciona correctamente cada nutrimento orgánico con

sus elementos constitutivos.

1. Proteínas A) Carbono, Hidrógeno y Oxígeno

2. Carbohidratos B) Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno

3. Grasas

a) 1A, 2A, 3B

b) 1B, 2B, 3A

c) 1A, 2B, 3B

d) 1B, 2A, 3A*

2- ( ) La siguiente fórmula corresponde al ácido linoleico: CH3˗CH2˗CH2˗CH2˗CH2˗CH=CH˗CH2˗CH=CH˗CH2˗CH2˗CH2˗CH2˗CH2˗CH2˗CH2˗COOH

el cual se clasifica como un ácido insaturado porque:

a) La cadena hidrocarbonada es muy larga

b) tiene insaturaciones en los carbonos 9 y 12*

c) la parte polar de la cadena es un ácido

d) tiene insaturaciones en los carbonos 6 y 9

3. ( ) De las siguientes fórmulas, cuál de ellas contiene el grupo funcional carboxilo:

b)

* a)

c) d)

120

4. ( ) De las siguientes fórmulas, cuál de ellas contiene el grupo funcional amino: a) c) 5. ( ) Los grupos funcionales que caracterizan a la vitamina A son:

a) el ácido carboxílico y el ciclo hexano

b) los alcanos y los metilos de la cadena

c) los hidrocarburos y los enlaces simples

d) el hidroxilo y los dobles enlaces *

6. ( ) Corresponde a la fórmula general de los carbohidratos:

a) R ̶ CH2 ̶ CH2

NH2

b) Cn(H2O)n *

c) CH3 ̶ (CH2)n ̶ COOH

d) CnH2n+1 OH

7. ( ) Encierra en un círculo de color rojo al enlace glucosidico y con un círculo

azul al enlace peptídico.

Respuestas: 1D, 2B, 3B, 4B, 5D, 6B.

b)*

d)

121

Técnicas de conservación de los alimentos

Todos los alimentos son susceptibles a ser alterados en mayor o menor espacio

de tiempo, debido a la acción de microorganismos que los contaminan o a

reacciones enzimáticas del propio alimento.

La alteración y el deterioro de los alimentos han sido

una constante preocupación y motivo de investigación

para el ser humano con el objetivo de conservarlos el

mayor tiempo posible y asegurar una disponibilidad de

los mismos. Así técnicas de conservación como

salazones, encurtidos o secados fueron practicadas

por el hombre desde tiempos muy remotos, dando

paso a otros sistemas cada vez más sofisticados como

son las conservas, congelados, alimentos al vacio,

esterilizados, etc.

El Instituto Nacional de Nutrición (INN) recomienda aprender a conservar los

alimentos para economizar a la hora de hacer las compras, para variar los menús

en la mesa familiar o bien sea para garantizar una buena salud mediante la

correcta selección, compra y manipulación higiénica de los alimentos, pasos

anteriores a la preservación de lo que comemos.

Refrigeración y congelación

El frío hace que las bacterias y hongos crezcan más despacio o, si es muy

intenso, que detengan su actividad casi por completo. De ahí que utilicemos la

refrigeración y la congelación como técnicas de conservación de alimentos.

La refrigeración, permite conservar los alimentos unos días.

La congelación, por debajo de -10 °C en los

congeladores domésticos, nos permite conservar

los alimentos mucho más tiempo (nunca

indefinidamente), siempre que no se rompa la

cadena del frío.

122

Los aditivos Los aditivos son sustancias que se añaden a los alimentos para que estos mantengan sus cualidades, o para potenciar o recuperar algunas que se han perdido durante el proceso de elaboración. Los aditivos que nos interesan, en el contexto de la seguridad alimentaria, son los conservantes. Se trata de sustancias que dificultan o impiden el desarrollo de los microorganismos. Además pueden servir para dar color, sabor, textura, volumen y evitar que se oxiden los alimentos. La esterilización La esterilización es un tratamiento al que se somete un alimento (o cualquier objeto) y que tiene como resultado la eliminación gérmenes. Se trata de una técnica muy utilizada en la industria láctea. Uno de los procesos de esterilización de la leche más empleados es la pasteurización, que consiste en calentarla a unos 80 °C durante 30 segundos. Este calentamiento súbito consigue producir la muerte del 99.5% de los gérmenes contenidos en la leche. Pasteurización: La pasteurización tiene por objeto destruir los agentes patógenos y evitar por tanto el deterioro del alimento. Este tratamiento térmico debe ser seguido por un repentino enfriamiento, ya que de este modo todos los microorganismos son eliminados y no es necesario para frenar el desarrollo de los gérmenes que siguen presentes. Una vez pasteurizados los alimentos, son generalmente Mantenidos en frio (4°C). También, otros conservantes pueden ser utilizados para contrarrestar el desarrollo de los microorganismos supervivientes añadiendo químicos, o envasando al vacío. Esta técnica, por ejemplo, es muy utilizada en la leche, en los productos lácteos, en jugos de frutas, cerveza, vinagre, miel.

123

La deshidratación. Es uno de los métodos más usados por el hombre, ya que consiste en el secado de algunos productos como granos, cereales, frutas y vegetales, exponiéndolos al calor extremo, con la finalidad de eliminar una gran cantidad de agua en ellos, evitando el desarrollo de bacterias y procurando la conservación de las vitaminas en los productos deshidratados. Es importante saber que el secado de los alimentos, puede ser a través de un horno deshidratador o se pueden secar exponiendo el alimento directamente al sol.

Envasado al Vacío El vacío es un sistema que permite conservar los alimentos que hayan sido cocinados o que se encuentren en su estado natural. El sistema de envasado al vacío consiste en extraer el oxígeno del recipiente que contiene al producto, de esta manera se evita la oxidación y putrefacción del alimento a conservar, prolongando su fecha de caducidad en más de 30 días y hasta 1 año.

Higiene y calidad, son los dos atributos principales de utilizar este sistema. Pero además como ventajas específicas podemos destacar: Evita la oxidación provocada por el oxígeno, y por tanto la putrefacción de los alimentos es nula. Incrementa los tiempos de conservación de los alimentos. Anula el desarrollo de los microorganismos ante la ausencia de oxígeno. Permite que los alimentos conserven su dureza y textura. Evita la quemadura del hielo, ya que no hay contacto directo del frío con el producto.

124

Mantiene el sabor y frescura de los alimentos, ya que no

hay cambios por pérdidas de líquidos o grasas.

Permite que se compre una mayor cantidad de algún

alimento, para luego ir consumiendo poco a poco las

cantidades que se vayan necesitando.

Otras formas de frenar o bloquear el crecimiento microbiano mediante la reducción

del agua, a la vez que proporcionan sabor a los alimentos, son: Ahumar, añadir

sal o azúcar.

Ahumado:

El método de ahumar se basa en la combustión de

plantas de modo que el humo incida sobre el alimento.

El ahumado desempeña varias funciones: colorido,

sabor, conservación y eliminación de microbios. Se

aplica principalmente a los productos como la carne y el

pescado gracias a los efectos combinados de la

deshidratación y el efecto antiséptico del ahumado.

Salar los alimentos:

Este método o técnica de conservación se

basa en presentar un producto alimenticio a

la acción de la sal o por difusión

directamente en la superficie del alimento

(seco) o mediante la inmersión del producto

en una solución salina. Este proceso puede

bloquear el crecimiento microbiano. Esta

técnica se utiliza principalmente en el queso,

la carne y la conservación de determinadas

especies de pescado (arenque, salmón...). A

veces es asociado con la técnica del

ahumado.

125

Evaluación sumativa

1. ( ) El salado, la deshidratación, la pasteurización y la esterilización son: a) técnicas de conservación de alimentos

b) procesos de elaboración de polisacáridos

c) mecanismos de desnaturalización de proteínas

d) procesos de eliminación de grasas en lípidos

2. ( ) Inciso que contiene solamente técnicas para conservar los alimentos: a) oxidación, reducción, neutralización

b) disociación, ionización, decantación

c) liofilización, esterilización, azucarado

d) fermentación, blanqueado, emulsificación

3. ( ) Selecciona el inciso que contiene la razón por la que se añaden aditivos antioxidantes a los alimentos,

a) intensificar su color b) mejorar el sabor c) incrementar su valor nutritivo d) prevenir enranciamiento de grasas

4. ( ) El ácido ascórbico y el ascorbato de sodio son aditivos antioxidantes que se agregan a los alimentos para:

a) mejorar la textura y suavidad b) incrementar el atractivo visual c) acelerar la maduración de los quesos d) prevenir el enranciamiento de las grasas

5. ( ) El ácido ascórbico y el ascorbato de sodio son aditivos antioxidantes que se agregan a los alimentos para:

a) mejorar la textura y suavidad b) incrementar el atractivo visual c) acelerar la maduración de los quesos d) prevenir el enranciamiento de las grasas

Respuestas: 1A, 2C, 3D, 4D, 5D

126

Recomendaciones

Es importante saber que una dieta que contenga alimentos procesados,

ahumados, muy salados o con un alto contenido de grasa, no es recomendada.

Como ya hemos hablado en temas anteriores, la dieta de los niños debe ser

variada y acorde en cantidades, donde deben estar presentes las proteínas,

carbohidratos, grasas, vitaminas y minerales de manera balanceada. Por ello todo

alimento que este muy procesado le van a hacer falta una cantidad de nutrientes

necesarios para su crecimiento y desarrollo. Además los alimentos muy salados,

muy dulces o con un alto contenido de grasa, provocan enfermedades

cardiovasculares y crónicas degenerativas como son la diabetes, dislipidemias,

síndrome metabólico, obesidad, infartos, trombosis, entre otras. Un exceso de

sodio en las células las debilita y sobrecarga además de dificultar la absorción del

calcio y el magnesio. El exceso de sodio en la célula produce ansiedad por

alimentos salados ya que cuanto más sodio tenemos en el organismo más

necesitamos para mantener el equilibrio homeostático celular.

Por ello la gran importancia de enseñar desde temprana edad unos buenos y

adecuados hábitos alimentarios, que evitaran que nuestros niños padezcan de

ninguna enfermedad a lo largo de su vida.

Fermentación:

Este proceso se aprovecha de los propios microorganismos

presentes en la materia prima, es decir la leche para permitir la

conservación de alimentos, mejorando la calidad nutricional y

aumentando las cualidades organolépticas de los alimentos.

Se aplica en los productos lácteos como el yogurt y el queso.

CONCLUSION

La conservación de alimentos corresponde a un conjunto

de técnicas encargadas de aumentar la vida y

disponibilidad para el consumo humano. Por ejemplo,

carnes, pescados y pollo tienden a descomponerse en

menor tiempo, debido a la oxidación y la

Pérdida de los nutrientes.

Los alimentos son perecederos por lo que necesitan

condiciones de tratamiento, conservación y manipulación.

Estas técnicas han permitido que alimentos estacionales sean de consumos

permanentes y aprovechados al máximo.

127

TERCERA UNIDAD

MEDICAMENTOS,

PRODUCTOS QUIMICOS

PARA LA SALUD

128



● Clasifica a los medicamentos como mezclas homogéneas o heterogéneas. (N3) ● Señala la importancia de la formulación en los medicamentos. (N2) ● Valora la importancia socioeconómica de la síntesis de medicamentos como la parte reactiva de las moléculas orgánicas. (N2) ● Reconoce que los grupos funcionales determinan las propiedades de las moléculas orgánicas. ● Incrementa su capacidad de observación, análisis y síntesis de la información obtenida al experimentar. ● Describe las condiciones en que se realizó la síntesis del principio activo.(N2)

MEZCLA Clasificación en homogéneas o heterogéneas (N3) Formulación (N2) ESTRUCTURA DE LA MATERIA Fórmulas estructurales (N2) Grupos funcionales(N2) Relación entre la estructura molecular y las propiedades de los compuestos. (N1) REACCIÓN QUÍMICA Reacción de síntesis (N2) Condiciones de reacción (N2) Reactividad de los grupos funcionales (N2)

129

¿Cómo se obtienen los medicamentos?

La aspirina: “legado de la medicina tradicional”.

La historia del descubrimiento de los fármacos se encuentra íntimamente relacionada con el desarrollo de las ciencias experimentales, en particular de la química orgánica (al menos hasta hace aproximadamente unos 20 años en que se hace uso de la biotecnología para producir fármacos). La primera mitad del siglo diecinueve puede considerarse como el comienzo de la era de los fármacos; así, los principios activos contenidos en las plantas curativas, conocidas desde la antigüedad, empezaron a ser aislados y se realizaron las primeras aproximaciones para establecer su estructura química. En 1805 el farmacéutico alemán Sertürner aisló la morfina a partir del opio (extracto de la amapola), usado como medicamento para suprimir el dolor y producir el sueño con relativa seguridad. Esto fue el hecho fundamental, ya que se encontró el método que permitió aislar en estado de pureza los principios activos de otras plantas (basados en los métodos de separación de mezclas); por ejemplo la guanina por su solubilidad en éter. En 1820 los franceses Pelletier y Caventou aislaron, a partir de la corteza del árbol del quino, a la quinina, compuesto químico puro que curaba la malaria. Por la misma época, otros principios activos fueron aislados y analizados en cuanto a su contenido de C, O, H y N; por ejemplo, del café aislaron la cafeína y la nicotina del tabaco, y de la hoja del árbol peruano de la coca se aisló la cocaína.

A finales del siglo dieciocho los medicamentos vegetales aún se usaban como polvos, extractos simples, infusiones y tinturas alcohólicas. En el mundo real todo es impuro, por lo que, para obtener un principio activo puro, el químico debe aislarlo y separarlo de todas las demás sustancias con que está mezclado. Una primera separación gruesa consiste en hacer extracciones de la planta con diferentes disolventes: alcohol, agua, éter, acetona etcétera. Si otras sustancias son arrastradas por el mismo disolvente, entonces se hace necesaria una separación más fina con técnicas como la cromatografía y la cristalización. Una vez que el principio activo se aísla y purifica, los químicos realizan diversas pruebas analíticas para determinar su estructura molecular, esto es, determinar la identidad de los átomos presentes en el compuesto puro, cómo están unidos entre sí y cuál es su disposición en el espacio tridimensional. Veamos a detalle el ejemplo del fármaco que probablemente ha sido usado por todos, la aspirina, como un ejemplo de descubrimiento de análisis, de síntesis y desarrollo de un fármaco a partir de la medicina tradicional.

Posteriormente, los químicos separaron pequeñas cantidades de cristales amarillos en forma de agujas pertenecientes a un compuesto puro, la salicina, la cual al hidrolizarse producía ácido salicílico y glucosa.

130

Síntesis de la Aspirina

A partir de la corteza del sauce (Salix fragilis o Salix purpurea) se obtiene la

salicina, que por hidrólisis libera glucosa y alcohol salicílico. En 1897 Félix

Hoffmann sintetizó el ácido acetilsalicílico (aspirina) a partir de del ácido salicílico.

extracción

sauce salicina glucosa + alcohol salicílico

alcohol salicílico ácido salicílico anhídrido acético

Ácido acetilsalicílico (Aspirina)

Fuentes de obtención de los medicamentos

Animal: Existe un grupo de medicamentos que provienen de los animales como por ejemplo: la insulina usada para controlar la diabetes, se obtiene del páncreas del cerdo. Mineral: Existen medicamentos que provienen de compuestos minerales como el aluminio y el magnesio que sirven para preparar antiácidos. Sintéticos: Hoy se tienen medicamentos que se fabrican en los laboratorios farmacéuticos empleando diferentes métodos y técnicas modernas, por ejemplo, el paracetamol, la amoxicilina, entre otros. Actualmente, también se están desarrollando otras fuentes de obtención donde se utiliza la biotecnología y la genética. Vegetal: Gran parte de medicamentos provienen de las plantas; así por ejemplo: la Aspirina que ha sido utilizada desde la antigüedad como antiinflamatorio, analgésico (alivio de dolores leves), antipirético (para reducir la fiebre) se obtiene de la corteza de sauce.

hidrolisis

+

oxidación

+

131

Principio activo

El medicamento para poder lograr el efecto deseado (prevenir, aliviar, controlar, diagnosticar y curar) debe de poseer una sustancia principal llamado Principio activo, el cual es responsable de su efecto en nuestro organismo. En la composición del medicamento también es importante el papel de los Excipientes, que son sustancias que acompañan al principio activo, brindando estabilidad, sabor y forma al medicamento.

Etapas importantes en el desarrollo de medicamentos, a partir de productos naturales. De las plantas medicinales se emplean las partes más ricas en principios activos, que pueden ser las raíces, las flores, las hojas o la corteza. La parte de la planta medicinal utilizada en terapéutica recibe el nombre de “droga vegetal”. Existen también drogas de origen animal. La extracción de principios activos de una droga mediante la acción de un disolvente adecuado recibe el nombre de “disolución extractiva”. Se obtienen de esta forma disoluciones medicamentosas que, según en qué casos, se emplean “tal cual” o bien sirven para preparar otras formas farmacéuticas.

Métodos extractivos a partir de la droga

Se parte de la droga y se realiza un proceso extractivo para aislar los principios

activos directamente a partir de la droga. Hay varios métodos extractivos.

1. Extracción mecánica: Es una técnica que permite obtener los principios activos

disueltos en fluidos propios de la planta, los cuales una vez extraídos se denominan jugo.

La extracción mecánica se pude realizar:

● Por expresión: este método se aplica para extraer del material

vegetal exudados, los que pueden ser: gomas, resinas, mieles y

otros productos que brotan en gran cantidad al realizarle incisiones

o cortes a la planta viva. Pueden también clavarse tubos en la

corteza, por donde fluyen las sustancias.

● Con calor: el calor favorece y acelera la extracción, se debe

de controlar ya que puede descomponer los principios activos.

132

● Con incisiones: Este método se aplica para extraer del

material vegetal exudados, los que pueden ser: gomas,

resinas, mieles y otros productos que brotan en gran

cantidad al realizarle incisiones o cortes a la planta viva.

Pueden también clavarse tubos en la corteza, por donde

fluyen las sustancias.

2. Destilación por arrastre de vapor: Es el proceso de

extracción mediante el cual se obtienen aceites

esenciales. Estos aceites son productos grasos

compuestos por un número muy grande de compuestos

químicos aromáticos muy volátiles de estructura y

composición muy compleja.

3. Extracción con disolventes: Consiste en poner en

contacto la droga con un disolvente capaz de solubilizar los

principios activos. Los principios activos deben pasar de la

droga al disolvente de manera que se obtenga un extracto

líquido (con los principios activos disueltos) y el material

vegetal sobrante (bagazo).

● Discontinua: Se sumerge la droga en el disolvente, por lo que el total de la droga

contacta con él, difundiéndose los principios activos de la droga en el disolvente.

─ Maceración: La droga seca y molida se pone en contacto

con el disolvente a temperatura ambiente, dejando la mezcla

en reposo durante un tiempo determinado (normalmente de

3 a 10 días).Transcurrido el tiempo de maceración, se

decanta el extracto y se elimina el residuo vegetal.

─ Digestión: Es el proceso de maceración en caliente. La

temperatura del disolvente es inferior a la de su ebullición.

Los productos que se obtienen se denominan “digestiones”

─ Infusión: el disolvente hirviendo (generalmente agua) se

vierte sobre la droga y el conjunto se deja enfriar unos 10 a

20 min. Los productos que se obtienen reciben el nombre de

“infusiones”.

─ Decocción: la droga se cubre con el disolvente y el

conjunto se lleva a ebullición, manteniéndose así por 15 a 30

minutos. Posteriormente se enfría y se filtra.

133

● Continua: el disolvente utilizado para la extracción se hace pasar por la droga,

arrastrando a los principios activos de un paso. Este proceso permite extraer casi

por completo, los compuestos químicos presentes en la droga.

─ Percolación o lixiviación: este método permite colocar la droga

en una columna y estar en contacto permanente con el disolvente

que gotea por la parte inferior. Constantemente se adiciona

disolvente puro por la parte superior de la columna, de tal manera

que se compensa la cantidad de disolvente que sale por la parte

inferior.

Importancia del análisis y síntesis químicos como

procedimientos esenciales de la Química.

Los procedimientos de análisis y síntesis químicos son muy importantes para el desarrollo de los medicamentos. El proceso de análisis ha permitido aislar el principio activo y posteriormente establecer su estructura química. Por medio de la síntesis se producen principios activos y se modifica la estructura de éstos para obtener sustancias más eficaces. Análisis.

Para obtener un principio activo puro, primero se aísla y posteriormente se separa de todas las demás sustancias con que está mezclado. Dicha separación consiste en hacer extracciones de la planta con diferentes disolventes utilizando métodos de separación de mezclas, en ocasiones es necesario hacer estas separaciones por medio de técnicas como la cromatografía y la cristalización. Una vez que el principio activo se aísla y purifica, los químicos realizan diversas pruebas analíticas para determinar su estructura molecular, esto es, determinar la identidad de los compuestos. Por ejemplo en la determinación de cafeína en el café ha adquirido mucha importancia, debido a su uso en la industria farmacéutica y en la industria de alimentos y uno de los métodos de análisis utilizados es la cromatografía porque esté método analítico no solo permite la separación de los componentes de una mezcla, sino también su identificación y cuantificación. Síntesis.

La síntesis química consiste en obtener compuestos químicos a partir de sustancias más simples. Los objetivos principales de la síntesis química son la creación de nuevas sustancias químicas, así como el desarrollo de métodos más baratos y eficaces para sintetizar sustancias ya conocidas. Normalmente, basta con la purificación de sustancias naturales para obtener un producto químico o aprovechar el uso de ese producto como materia prima para otras síntesis.

134

La industria farmacéutica, por ejemplo, depende con frecuencia de complejos compuestos químicos que se encuentran en el petróleo crudo, para la síntesis de medicinas.

Del petróleo se separa el benceno, que a continuación reacciona secuencialmente

con el ácido sulfúrico, hidróxido de sodio, hielo seco (CO2 sólido), agua y anhídrido

acético para producir el ácido acetilsalicílico.

Identificación de grupos funcionales en moléculas de

algunos principios activos presentes en medicamentos.

Los medicamentos contienen en su formulación una molécula o moléculas,

llamadas principios activos, que son las responsables del efecto terapéutico. En la

actualidad la mayoría de los principios activos que son utilizados en la medicina se

obtienen por síntesis química para obtener el compuesto deseado.

Las moléculas empleadas para obtener la gran diversidad de principios activos

presentan en su estructura un átomo o átomos que son la parte reactiva de dicha

molécula y a los que se les conoce como Grupo funcional.

Es muy importante averiguar qué grupos funcionales posee una molécula, ya que

de ello dependerá en ocasiones el poder predecir sus propiedades o explicar su

comportamiento en un proceso químico o físico.

Algunos grupos funcionales en medicamentos se encuentran en la siguiente tabla:

135

Grupos funcionales en moléculas de algunos principios activos presentes en medicamentos. A pesar de que los fármacos varían en su versatilidad (pueden servir para aliviar

varios síntomas), muchos de ellos actúan sólo contra enfermedades o infecciones

particulares. Esta especialidad es congruente con la relación que existe entre la

estructura química del fármaco y sus propiedades terapéuticas. Tanto la forma de

la molécula, así como la identidad y localización de sus grupos funcionales son

factores importantes que determinan su eficacia. Veamos lo anterior para el caso

de un analgésico, una vitamina y un antibacteriano.

Identificación de grupos funcionales en algunos medicamentos.

Analgésico Grupos funcionales

El Tylenol. Este tipo

de medicamento se

utiliza para reducir la

fiebre y aliviar el

dolor. En su estructura

molecular se señalan

dos grupos funcionales.

Vitamina C

La presencia de esta vitamina

es creada internamente por casi

todos los organismos, siendo

los humanos una notable

excepción. En su estructura

molecular se presentan tres

grupos funcionales.

1. Hidroxilo

2. Amida

2. Éter

1. Hidroxilo

Antibacteriano (cefalotina) Es fármaco antibacteriano de primera generación. Fue la primera cefalosporina comercializada y actualmente sigue teniendo gran utilidad. En ella se señalan tres grupos funcionales.

1. Amino

2. Carboxilo

3. Carbonilo

3. Carbonilo

136

Relación entre la estructura molecular

y las propiedades de los compuestos.

Paul Ehrlich investigó un compuesto de arsénico que resultó eficaz para matar el

microbio causante de la sífilis sin causar daños serios al paciente. Su búsqueda

consistió en encontrar un ingrediente que actuará sólo en el sitio afectado. Su

estrategia consistió en modificar sistemáticamente la estructura de muchos

compuestos de arsénico y hacer pruebas de actividad y toxicidad de cada

compuesto usando animales de laboratorio. A partir de entonces, los químicos de

medicamentos han adoptado esta estrategia de relacionar cuidadosamente la

estructura química de la molécula con la actividad del fármaco en el organismo.

Muchos de los fármacos actúan solo contra enfermedades o infecciones

particulares, es congruente con la relación que existe entre la estructura química

del fármaco y sus propiedades terapéuticas. Tanto la forma de la molécula, así

como la identidad y localización de grupos funcionales son factores importantes

que determinan su eficacia.

En base a lo anterior veamos el caso de la aspirina:

Presencia e identificación de grupos funcionales en la aspirina y

en medicamentos tipo aspirina.

La aspirina tiene tres grupos funcionales: En (1) tenemos

un grupo funcional en el que forma parte de él un anillo

bencénico. Su presencia hace a la aspirina soluble en

Líquidos. Las otras dos porciones son responsables de

la actividad del fármaco. En (2), el grupo ─COOH es un

ácido orgánico. Y en (3), el otro grupo funcional ─COO─,

es un éster (producto de reacción de un alcohol con un

ácido). Debido a que la aspirina mantiene el ─COOH del

ácido salicílico original, ésta mantiene algo de las

indeseables propiedades ácidas del ácido salicílico.

La presencia del grupo éster disminuye la acidez del grupo ácido y hace a la

aspirina más aceptable y menos irritante para las paredes del estómago.

Ejemplos de estructuras – propiedades en los fármacos.

137

Modificación de la estructura del principio activo para disminuir efectos

secundarios.

En las estructuras antes mencionadas las pequeñas alteraciones en la estructura química pueden producir cambios importantes en la actividad de las sustancias. La adición de un grupo de ácido acético al producto natural ácido salicílico dio como resultado la aspirina, un compuesto menos tóxico. Cincuenta años después, en otro laboratorio, la adición de un grupo amino (-NH2) produjo el ácido para – aminosalicílico, uno de los primeros fármacos exitosos en el tratamiento de la tuberculosis. Relación entre la estructura del principio activo y su acción en el

Organismo

La aspirina tiene algunos efectos secundarios, entre los que se encuentran, ulceraciones gástricas y lesión hepática, además como es un compuesto ácido, algunas personas sufren molestias estomacales si la toman. Lo anterior condujo a la búsqueda de otros analgésicos antiinflamatorios que no presenten estos efectos. Las investigaciones han producido alrededor de otros 40 compuestos tipo aspirina. De estos, el ibuprofeno y el acetaminofén son más específicos en el modo de acción que la aspirina. Algunas fórmulas estructurales de medicamentos tipo aspirina son las

siguientes:

Ibuprofeno

Acetaminofén

Alternativas para las personas que no pueden tomar aspirina: Los antiinflamatorios no esteroideos a menudo se recetan para el dolor y la inflamación. Existen aproximadamente 20 disponibles sin receta médica y tres que no la requieren (ibuprofeno, naproxeno y ketoprofeno), aunque las versiones de estantería abierta se encuentren en dosis menores. Se deberá consultar al médico antes de tomar cualquiera de estos fármacos.

Aspirina

138

Evaluación formativa

1 ( ) La siguiente estructura representa la molécula del ácido acetilsalicílico (aspirina) en la cual están marcados dos grupos funcionales. Selecciona el inciso que los contiene.

a) ácido carboxílico, alcohol

b) cetona, amina

c) carboxilo, éster

d) éster, cetona

2 ( ) Selecciona el inciso que contenga los dos grupos funcionales marcados

en la estructura de la efedrina.

a) hidroxilo, amino

b) éster, amida,

c) cetona, carbonilo

d) hidroxilo, cetona

3 ( ) Seleccione el inciso que mencione el grupo funcional enmarcado en la

estructura de la anfetamina.

a) éster

b) amida

c) carbonilo

d) amino

139

Evaluación sumativa

1. ( ) En la ecuación química de la síntesis de la aspirina los grupos funcionales

que forman la parte activa del ácido salicílico es:

a) amina y cetona

b) hidroxilo y carboxilo

c) éster y amida

d) cetona y éster

2. ( ) ¿Qué determina las propiedades de las moléculas orgánicas?

a) la temperatura b) las masas moleculares c) sus puntos de fusión d) sus grupos funcionales

3 ( ) En un tubo de ensaye con 1 g de ácido salicílico se agregan 2 mL de anhídrido acético y 5 gotas de ácido sulfúrico concentrado, para acelerar la reacción. Se coloca a baño maría (45°C) por 5 min; enseguida se enfría sobre hielo, para cristalizar el ácido acetil salicílico (Aspirina). Una condición de reacción química es:

a) la temperatura

b) la presión

c) el tamaño de partícula d) la concentración.

Respuestas: 1B, 2D, 3A.

140

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