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COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE MICHOACAN
SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA UNIDAD MORELIA
MAPAS CONCEPTUALES PARA LA ASIGNATURA DE QUIMICA II
ASESOR: Q.F.B. ALEJANDRA MANJARREZ ACEVEDO
SEPTIEMBRE DEL 2008
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INDICE
CONTENIDO PAGINAPresentación………………………………………………..…. 3Pertinencia didáctica………………………………………… 4
Unidad I…………………………………………………………..6EstequiometríaMetodología didáctica………………………………………….. 71.1 Bases de la Estequiometría…………..…………………… 81.1.1 Reacciones químicas y estequiométricas………….…. 81.1.2 El mol……………………………………………………… 91.1.3 Masa molar, volumen molar y masa fórmula……….… 91.1.4 Conversiones masa-mol-volumen molar………….….. 101.1.5 Ecuaciones químicas y cálculos estequiométricos….. 121.1.6 Composición porcentual y su relación con la fórmula mínima y molecular……………………………………… 121.2 Reactivo limitante……………………………………….…. 181.3 La contaminación del aire…………….…………….…….. 201.4 La contaminación del agua……………...………………... 24Mapas Conceptuales……………………………………..…… 26Autoevaluación…………………………………………….…… 28
Unidad II……………………………………………………….… 31Sistemas dispersosMetodología didáctica……..…………………………………… 32 2.1 Mezclas homogéneas y heterogéneas…………….…… 332.1.1 Métodos de separación de Mezclas…………………… 332.2 Disoluciones, coloides y suspensiones…...….………… 35 2.2.1 Características de las disoluciones………………….. 352.2.2 Características de los coloides……………………….. 382.2.3 Características de las suspensiones………………… 392.3 Concentración de las disoluciones…………………...…. 392.3.1 Concentración de las disoluciones en unidades Físicas………………………………………………….. 392.3.1 Concentración de las disoluciones en unidades Químicas………………………………………………. 43Mapas conceptuales………….……………………………..… 51Autoevaluación……………………………………………….… 53
Unidad III……………………………………………………..… 56Compuestos del CarbonoMetodología didáctica………………………………………… 57
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3.1 Estructura molecular de los compuestos del carbono ….. ….583.1.1 Configuración molecular de los compuestos del carbono… 593.1.2 Geometría molecular ………………………………………… 593.2 Tipos de cadena e isomería …………………………….. 613.2.1 Tipos de cadena……………………………………………… 613.2.2 Isomería………………..……………………………………… 623.3 Hidrocarburos……………..….………………………………… 633.3.1 Alcanos………………………………………………………. 643.3.2 Alquenos…………………………………………………….. 653.3.3 Alquinos……………………………………………………… 663.3.4 Hidrocarburos aromáticos…………………………………. 673.4 Grupos funcionales…….…………………………………….. 673.4.1 Alcohol…………………………………………………........ 683.4.2 Éteres …………………………………………………........ 693.4.3 Aldehidos ………………………………………………....... 703.4.4 Cetonas …………………………………………………….. 703.4.5 Ácidos carboxilicos ………………………………….......... 713.4.6 Ésteres ........................................................................... 723.4.7 Amidas ........................................................................... 723.4.8 Aminas ........................................................................... 733.4.9 Halogenuros de Alquilo .................................................. 74Mapas Conceptuales…………………………………………….. 79Autoevaluación……………………………………………..…….. 81
Unidad IV …………………………………………………………. 84MacromoleculasMetodología didáctica……………………………………………. 85 4.1 Importancia de las macromoléculas naturales……………. 874.1.1 Carbohidratos………………………………………………. 874.1.2 Lípidos………………………………………………………. 894.1.3 Proteínas………………………………………………. ….. 894.2 Macromoléculas sintéticas………………………………….. 924.2.1 Polímetros de adición……………………………………... 934.2.2 Polímeros de condensación……………………………… 95Mapas conceptuales…………………………………………….. 98Autoevaluación…………………………………………………… 100Respuestas autoevaluaciones…………………………..……… 102Bibliografía……………………………………………………… 107
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PRESENTACIÓN
La aparición de la ciencia que llamamos "Química" requiere un proceso histórico más dilatado y lento que otras ramas de la ciencia moderna. Tanto en la antigüedad como en la Edad Media se contemplan denodados esfuerzos por conocer y dominar de alguna forma los elementos materiales que constituyen el entorno físico que nos rodea. Averiguar cuáles sean los elementos originarios de los que están hechas todas las cosas así como establecer sus características, propiedades y formas de manipulación son las tareas primordiales que se encaminan al dominio efectivo de la naturaleza.
Estos mapas conceptuales se han realizado con el propósito de auxiliar a los estudiantes que cursan la asignatura de Química II en el Colegio de Bachilleres del Estado de Michoacán en el sistema de enseñanza abierta, ya que los mapas conceptuales son un potente instrumento de enseñanza-aprendizaje. La utilización de esta herramienta permite construir un aprendizaje significativo, proceso en el que los estudiantes se convierten en auténticos agentes en la construcción del conocimiento relacionando los nuevos conceptos con los ya existentes en una estructura organizada.
La importancia de los mapas conceptuales elaborados radica en el puntual cumplimiento de cada una de las unidades estructurales. De forma tal que la Unidad 1 pretende que el estudiante reconozca la importancia de calcular las cantidades de reactivos y productos involucrados en una reacción química, así como las repercusiones socioeconómicas y ecológicas que tienen los cambios químicos en el medio ambiente.
La Unidad 2 contempla los conceptos propios de los sistemas dispersos, su aplicación en los sistemas químico-biológicos y su trascendencia en términos de concentración en la determinación cuantitativa de cada uno de sus componentes, haciendo énfasis en aspectos porcentuales y unidades químicas de uso común en el área experimental.
La Unidad 3 introduce a los estudiantes al mundo de la química orgánica, iniciando con el estudio del carbono hasta las cadenas carbonadas en los hidrocarburos saturados e insaturados y sus derivaciones de acuerdo con las propiedades del grupo funcional que los caracterizan, ejemplificándolos con los compuestos más importantes a nivel industrial y biológico.
Por ultimo, en la Unidad 4 se contempla el estudio de los polímeros, desde el punto de vista estructural hasta la formación de macromoléculas de origen natural y sintético, vinculando su importancia en los procesos químicos y biológicos para dar un sentido práctico en la vida del hombre.
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PERTINENCIA DIDACTICA
Al elaborar los presentes mapas conceptuales para la asignatura de Química II, se tuvo en cuenta el uso que tendría, el cual, es de conjuntamente con la antología elaborada por el asesor para la misma asignatura, de servir como una herramienta del aprendizaje de los temas que conforman el programa de estudio de la asignatura, fomentando el proceso de autodidacta el cual se deben de desarrollar en los estudiantes del sistema de enseñanza abierta
Este instrumento permite elaborar una visión global y completa al finalizar el desarrollo de la unidad, y también para tener seguimiento del aprendizaje del estudiante. El mapa se utiliza para la evaluación sumativa realizada al final del proceso con el fin de calificar el grado de aprendizaje. Los mapas conceptuales se acompañan de apuntes y de autoevaluaciones para complementar los conocimientos y que el estudiante retroalimente los conocimientos obtenidos.
En relación con las estrategias metodológicas son acordes con las actividades que se señalan por unidad en la planeación asignatural:
Para la Unidad I: Presentar un resumen de los conceptos de mol, masa formula, masa molar y volumen molar. Identificar, a partir de la consulta bibliográfica los contaminantes primarios y secundarios del aire así como las fuentes emisoras producto de las actividades humanas
Para la Unidad II: Presentar de manera esquemática los distintos métodos para separar mezclas señalando la utilidad que estos tienen en los procesos industriales. Consultar los términos de disolución diluida, concentrada, saturada y sobresaturada y hacer un cuadro comparativo entre las disoluciones citando ejemplos de ellas.
Para la Unidad III: Realizar un mapa conceptual sobre las distintas propiedades de los enlaces sencillos, dobles y triples. Realizar consulta bibliográfica acerca de la importancia socioeconómica y el impacto ecológico de la petroquímica. Elaborar un cuadro donde se señale los usos más importantes de los grupos funcionales.
En la Unidad IV: Realizar una revisión bibliográfica de la Estructura y clasificación de carbohidratos, lípidos y proteínas. Realizar un ensayo acerca del impacto social y ecológico del uso de los polímeros. Analizar los problemas que se presentan en su comunidad debido al uso de polímeros sintéticos, proponiendo un proyecto de alternativas de solución teniendo como base los conceptos de reciclado, reducción de consumo y reutilización de plásticos.
En la evaluación se tomará como condición para presentar el examen escrito la presentación de la autoevaluación de cada unidad; así mismo para cada una de ellas las actividades extras marcadas; la evaluación se realizará de la siguiente manera:
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60% al promedio aritmético de la calificación obtenida en los 4 exámenes (uno por cada unidad).
20% por la entrega de actividades y autoevaluaciones. 20% por las actividades en el laboratorio.
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UNIDAD I
ESTEQUIOMETRÍA
OBJETIVO DE LA UNIDAD. El estudiante determinará las cantidades de reactivos y productos involucrados en una reacción química, por medio de la aplicación del mol, analizando la importancia que tiene este tipo de cálculos en los procesos químicos que tienen repercusiones socioeconómicas y ecológicas, con una actitud crítica y responsable.
PROPOSITOEl conocimiento que la química aporta respecto a la estructura y los cambios que experimenta la materia ha servido para mejorar la calidad de vida de la humanidad.Los cambios que experimenta la materia, también conocidos como reacción química, involucran una cantidad de materia (sustancia reaccionante), que se convierten en otra cantidad determinada de sustancias producidasMediante la Estequiometría es posible establecer un análisis cuantitativo de las cantidades de sustancias consumidas y producidas en las reacciones químicas.Qué es la Estequiometría, como realizar cálculos estequiométricos, que unidades se emplean en estos cálculos, qué importancia tienen éstos en el análisis cuantitativo de procesos químicos; son algunas de las cuestiones que analizaremos en esta unidad.
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METODOLOGÍA DIDACTICA
Para esta Unidad se ejecutara la lectura de comprensión del apunte, resolución de la autoevaluación que se encuentra al final de cada unidad, y la revisión del mapa conceptual el cual sirve como retroalimentación para el estudiante.
Unidad I Presentar un resumen de los conceptos de mol, masa
formula, masa molar y volumen molar. Identificar, a partir de la consulta bibliográfica los
contaminantes primarios y secundarios del aire así como las fuentes emisoras producto de las actividades humanas.
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UNIDAD IESTEQUIOMETRIA
1.1 Bases de la Estequiometría
La Estequiometría que es la medición de las cantidades de reactivos y productos en una reacción química, tiene sus bases en 4 leyes conocidas como leyes pondérales, y son:
Ley de la conservación de la masa: Propuesta por Antoine Laurent Lavoisier; establece que la masa no se crea ni se destruye en una reacción química, con el advenimiento de la teoría atómica, se a dado una variante a esta ley, los átomos ni se crean ni se destruyen en una reacción química.
Ley de las proporciones definidas: Ley de la proporción constante, propuesta por Joseph Louis Proust, establece que los elementos que se combinan para formar un compuesto siempre lo hacen en proporciones de masa definida y en relaciones sencillas.
Ley de las proporciones múltiples: Propuesta por John Dalton; establece que si dos elementos se combinan para formar más de un compuesto, mientras la cantidad en masa de uno de ellos permanece constante la del otro varia en una proporción de un múltiplo de la menor.
Ley de las proporciones recíprocas: Propuesta por Richter Wenzel; las masas de los dos elementos que reaccionan con la misma masa de un tercer elemento, también pueden reaccionar entre sí:
H2 + Cl2 2HCl
2.016g 71g
Como el peso del cloro es el mismo en ambas ecuaciones, de acuerdo con la ley de las proporciones recíprocas, los pesos de hidrógeno y sodio pueden combinarse entre si:
2Na + H2 2NaH
46g 2.016g
1.1.1 Reacciones químicas y estequiometría
En la descomposición de los alimentos, o en la combustión de la gasolina en los automóviles, se encuentran presentas las reacciones químicas. Los cambios químicos que experimenta la materia, ya sea en forma natural o provocada por causas externas, se pueden presentar mediante ecuaciones químicas. Toda reacción química debe cumplir con la ley de la conservación de la masa. La combustión de la gasolina compuesta principalmente por octano (C8H18) es:
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2C8H18 + 25O2 16CO2 + 18H2 O
Ejemplo: Dos moléculas de octano (C8H18) reaccionan con 25 moléculas de oxigeno. Para producir 16 moléculas de bióxido de carbono y 18 moléculas de agua.
Ejemplo: la combustión del carbón mineral solo se lleva a cabo en presencia de oxígeno y el producto de la reacción es bióxido de carbono, a demás del calor que se produce.
La ecuación que representa este cambio químico es:
C + O2 CO2
En este ejemplo la ecuación está balanceada. La estequiometría de esta ecuación indica que un átomo de carbono reacciona con una molécula de oxigeno para producir una molécula de bióxido de carbono.
1.1.2 El Mol
Se define al mol como la cantidad de una sustancia que contiene 6.022x1023
unidades elementales así:
Un mol de átomos de carbono contiene 6.022 x1023 átomos de carbono.
Un mol de moléculas de bióxido de carbono contiene 6.022x1023
moléculas de bióxido de carbono.
Un mol de cualquier sustancia contiene 6.022 x1023 partículas unitarias de esa sustancia.
El valor 6.022 x1023 se conoce como numero de Avogadro y se designa con la letra N. 6.022x1023 = 602, 200, 000, 000, 000, 000, 000,000
La palabra mol nada tiene que ver con moléculas; mol deriva del latín moles, que significa montón o pila. El mol es la conexión entre el mundo de la macroescala y la nanoescala, el mol es que siempre contiene el mismo número de partículas:
1 mol = 6.022 x1023 partículas
1.1.3 Masa molar, volumen molar y masa formula
La masa molar es la masa en gramos de un mol de una sustancia; se representa con las unidades de gramos sobre mol (g/mol). Para todos los
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elementos, la masa molar es la masa en gramos numéricamente igual al peso atómico del elemento en unidades de masa atómica.
El peso atómico del hierro es 55.847 uma, por lo que su masa molar es 55.847 g/mol y por lo tanto, la masa de un mol de átomo de hierro es 55.847g.
El volumen molar es el volumen que ocupa un mol de un gas en condiciones TPN. TPN significa temperatura y presión normales, valores normales una temperatura de 273 K (grados kelvin) y 1 atm (una atmósfera) de presión.
28.2 cm. 28.2 cm.
La masa formula es la suma de las masas atómicas expresada en unidades de masa atómica de los elementos indicados en la formula. En ocasiones se usa el término masa molecular para indicar que el compuesto existe como molecular, masa formula cuando el compuesto es iónico.
Ejemplo: Determina la masa molecular y la masa molar del octano (C8H18) Solución: La formula indica que la molécula esta compuesta por 8 átomos de carbono y 18 átomos de hidrogeno, su masa molecular es la suma del peso atómico de cada elemento multiplicado por el número en que estos se presentan:
Carbono: 8 X 12.0000 uma = 96.0000 uma
Hidrogeno: 18 X 1.008 uma = 18.144 uma
Masa molecular del (C8H18) = 114.144 uma
Masa molar del (C8H18) = 114.144 g/mol
Masa de un mol de (C8H18) = 114.144 g
1.1.4 Conversiones masa-mol-volumen molares
Un factor de conversión es una relación que se deduce de la igualdad entre las unidades: Se usa de la manera siguiente:
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Cl 2
22.4L
He22.L
Unidad y datos desconocidos Unidades deseadas = Respuesta en unidades deseadas
Unidad de datos c.
Cualquier igualdad matemática se puede escribir como un factor de conversión. Por ejemplo, una igualdad conocida es:
Si se divide ambos miembros de la igualdad entre 100 cm. se obtiene:
1 m / 100 cm. =1 La fracción de esta igualdad se puede invertir para obtener el reciproco:
100 cm. / 1m = 1
Al realizar la inversión se obtienen dos fracciones que son equivalentes e iguales a 1.Con base en las dos últimas igualdades se obtienen dos factores de conversión: 1 m / 100 cm. Y 100 cm. / 1 m
Ejemplo: ¿Cuántos moles y cuántos átomos de hierro hay en una varilla de este metal que pesa 10gr?
Solución: En primer lugar debes conocer la masa molar de las sustancias en cuestión en este caso el hierro. Recuerda que la masa molar en gramos en numéricamente igual al peso atómico del elemento en unidades de masa atómica.
En este caso, y con base en la tabla periódica se obtiene: El peso atómico del hierro (Fe) es 55.847uma La masa molar del y hierro (Fe) es 55.847 g/mol La masa de un mol de Fe es 55.847g
Partiendo de estos datos puedes convertir la masa de la varilla a moles de la forma siguiente:
1mol Fe 10gFe =0.179mol Fe
55.847g Fe
Una vez determinados los moles de Fe, y recordando que un mol tienen 6.022 x1023 partículas, puedes calcular el número de átomos de Fe:
6.022x1023 átomos Fe
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0.179mol Fe = 1.078 x1023átomos Fe 1 mol Fe1.1.5 Ecuaciones químicas y cálculos estequiométricos
Los cálculos estequiométricos se utilizan de manera rutinaria en el análisis químico y durante la producción de todas las sustancias químicas que utiliza la industria o se venden a los consumidores, permiten determinar las cantidades de las sustancias que participan en las reacciones químicas.
Las relaciones estequiométricas que se obtienen de la ecuación balanceada para la formación del agua son:
Para el hidrogeno y oxigeno ( reactivos)
2 moles H2 1 mol O2
o 1 mol O2 2 mol H2
Se puede establecer una serie de pasos para calcular la cantidad estequiométricas de un reactivo o producto en cualquier reacción química, son importar si los datos o las incógnitas están en gramos, moles o litros.
Pasos para resolver problemas de estequiometría a partir de una ecuación química:
Paso 1 Escribir la ecuación química balanceada con las formulas o los símbolos correctos de los reactivos y productos.
Paso 2 Determina las masas molares de las sustancias que intervienen en el calculo.
Paso 3 Convertir a moles la cantidad de sustancia conocida A.
Paso 4 Convertir los moles determinados de la sustancia conocida A a moles de las sustancias desconocidas B. Hacer uso de la relación estequiométrica correcta, tomada de la ecuación balanceada.
Paso 5 Convertir los moles determinados de la sustancia desconocida B a las unidades solicitadas.
1.1.6 Composición porcentual y su relación con la formula mínima y molecular.
Los porcentajes calculados se conocen como composición porcentual. El porcentaje en masa de un elemento presente en un compuesto en partículas equivale al número de gramos del elemento presente en 100 g del compuesto.
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Para calcular el porcentaje en masa de un elemento que forma parte de un compuesto partiendo de la formula, se requiere:
1. Determinar la masa de un mol de la sustancia (masa molar).2. Dividir la masa del elemento presente en un mol de la sustancia entre la
masa.3. Multiplicar el cociente obtenido por 100.
La operación matemática es:
Masa del elemento presente en 1 mol de sustancia 100 = % en masa del elemento Masa molar de sustancia
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Ejemplo: El geraniol (C10H18O) es una sustancia que reconfiere el olor característico a las rosas. Con base en la formula molecular calcula su composición porcentual en masa.
Solución:
Determina la masa molar de geraniol:
Carbono: (10 mol) (12.011 g/mol) = 120.11 g Hidrogeno: (18 mol) (1.008 g/mol) = 18.144 g Oxigeno: (1 mol) (15.999 g/mol) = 15.999 g
Masa de 1 mol de C10H18O = 154.253 g
Divide la masa de cada elemento entre la masa de 1 mol de geraniol y multiplica por 100.
Porcentaje de C:
120.11 g 100 = 77.9 % de C o 77.9 g de C 154.253 g
Porcentaje de H:
18.144 g 100 = 11.8% de H o 11.8 g de H 154.253 g
Porcentaje de O:
15.99 g 100 = 10.3% de O o 10.4 g de O154.253 g
Resultado:
Composición porcentual en masa del geraniol
Carbono = 77.9 gHidrogeno = 11.8 gOxigeno = 10.3 g
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Si se conoce los porcentajes de los elementos que constituyen una sustancia, se puede determinar su formula.
Los químicos han establecido dos tipos de formula: empírica y molecular.
La formula empírica proporciona la mínima relación de números enteros de los átomos de un elemento presentes en un compuesto.
La formula molecular proporciona el numero real de átomos de cada elemento presente en una molécula.
La formula empírica se obtiene con base en la composición porcentual, la formula molecular, generalmente, es un múltiplo de números enteros de la formula empírica.
La formula empírica se puede determinar si se conoce el numero de gramos de cada elemento que se combinan para formar un compuesto en particular.
La formula molecular se determina a partir de la formula empírica, la composición porcentual, se necesita conocer la masa molar del compuesto. Al dividir la masa molar del acetileno entre la masa molar de la formula empírica, observa que la masa molar de la segunda esta contenida dos veces en la masa molar del acetileno.
Ejemplo: Mediante análisis se determino que una sustancia presente en el vinagre contiene 40.0% de carbono, 6.67% de hidrogeno y 53.3% de oxigeno. Tiene una masa molar de 60.0 g/mol. Determina las formulas empíricas y molecular de la sustancia.
Solución: Convierte a gramos los porcentajes de cada elemento.
Carbono: 40.0% = 40.0g Hidrogeno: 6.67% = 6.67g Oxigeno: 53.3% = 53.3 g
Convierte a moles los gramos de cada elemento.
1 mol C Carbono: 40.0 gC = 3.33 mol C 12.011gC
1mol HHidrogeno: 6.67 g H = 6.62 mol H 1.008gH
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Oxigeno: 53.3 g O 1 Mol O = 3.33 mol O 15.999 g O
Divide los moles calculados de cada elemento entre el valor mas pequeño para determinar el conjunto de números enteros mínimos de la formula empírica.
3.33 mol Carbono: = 1
3.33 mol
6.62 mol Hidrogeno: = 1.99 se aproxima a 2
3.33 mol
33.3 mol Oxígeno: = 1
33.3 molFormula empírica = C2H O
Masa molar de la formula empírica = 30.026 g/mol
Divide la masa molar de las sustancias entre la masa molar de la formula Empírica para determinar el num. De veces que la masa de la formula empírica esta contenida en la masa molar de la sustancia.
Masa molar de la sustancia = 60.0 g/mol = 2 Masa molar de formula empírica 30.026 g/mol
Formula molecular = C2H4O2
Resultado:
Formula empírica = CH2O
Formula Molecular = C2H4O2
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En este caso la fórmula empírica y la molecular son igualesResultado:
Fórmula empírica y la molecular son iguales: C3H8O
1.2 Reactivo Limitante
Al reactivo que se agota en su totalidad en una reacción química se le llama reactivo limitante, porque la cantidad de este reactivo limita la cantidad de un nuevo producto que se puede formar.
Considera ahora la reacción de formación del amoniaco para explicar el concepto de reactivo limitante.
N2 + 3H2 2NH3
Si para la reacción se cuentan con 4 moles de N2 y 14 moles de H2, con base en la relación estequiométrica de la ecuación, 1 mol de N2 reacciona con 3 moles de H2, para formar 2 moles de NH3. Entonces, el número de moles de H2 que se requieren para reaccionar con 4 moles de N2 es:
3 mol H2,
4 mol N2 = 12 mol H2,
1 mol N2
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Ejemplo: El metanol o alcohol metílico (CH3OH) se produce, a nivel comercial, mediante la reacción de monóxido de carbono (CO) con hidrógeno H2 Gaseoso a temperatura y presión elevadas. Para 72 Kg. De CO que reaccionan con 5.50 Kg. De H2 determina el reactivo limitante. La ecuación química de la reacción es:
CO + 2H2 CH3OH
Solución:
Convierte a gramos los kilogramos de cada sustancia:
1000g COCO: 72Kg CO = 72000g CO
1Kg CO
1000g H2
H2: 5.50 Kg. H2 = 5500g H2,
1Kg. H2
Convierte a moles los gramos de cada sustancia:
1 mol COCO: 72000g CO = 2570.5 mol CO
28.01g CO
1 mol H2
H2: 5500g H2 = 2728.1 mol H2
2.016g H2
Calcula los moles necesarios de cada sustancia para reaccionar con los moles de que se parte en la reacción. Considera las relaciones estequiometricas de la ecuación:
2 mol H2
2570.5 mol CO = 5141.0 mol H2
1 mol CO
1 mol CO2728.1 mol H2 = 1364.0 mol CO
2 mol H2
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Observa que la cantidad de moles de H2, que se requiere (5141.0) es más de la cantidad que se tiene (2728.1). En este caso el H2es el reactivo limitante.
Puedes convertir a kilogramo los moles obtenidos de cada sustancia para tener una mejor comparación de las cantidades:
2.016g H2 1 Kg. H2 5141.0 mol H2 = 10.36 Kg. H2
1 mol H2 1000g H2
28.01g CO 1 kg. CO1364.0 mol CO = 38.20 Kg. CO
1 mol CO 1000g CO
Resultado:
Reactivo limitante: Hidrogeno. Cantidad de que se parte, 5.50 Kg. Cantidad que se requiere, 10.36 Kg.1.3 La contaminación del aire
Los procesos químicos que se llevan a cabo en las industrias, o bien, las diversas actividades del hombre, producen sustancias químicas que son expulsadas a la atmósfera, generando la contaminación del aire.
Con el descubrimiento del fuego, el hombre inició la alteración del equilibrio entre él y su entorno; las fogatas que hacían llenaban el aire de humo.
El índice de calidad del aire se define como un valor representativo de los niveles de contaminación atmosférica y sus efectos en la salud, dentro de una región determinada.
En México, la calidad del aire se mide a través del Índice Metropolitano de la calidad del aire (IMECA).
1.3.1 Origen de la Contaminación del aire
La contaminación del aire puede ser: Natural y antropogénica.
La contaminación natural es la provocada, en su mayoría, por sus erupciones volcánicas y las tormentas de polvo. En ocasiones los pantanos y ciénagas emiten gases nocivos que se mezclan con el aire provocando contaminación.
La contaminación antropogénica es el resultado de las actividades del hombre. El mayor índice de contaminación del aire se presenta en las grandes ciudades debido a la concentración de las actividades industriales, comerciales y de transporte.
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La mayor fuente de contaminación del aire es el uso de combustibles fósiles empleados como energéticos. Gasolina, diesel, gas, combustóleo y carbón, son los más usados en nuestro país en el orden de millones de toneladas por día, y los desechos de su combustión se arrojan a la atmósfera en forma de gases, humo y hollín.
1.3.2 Contaminantes Primarios y secundarios
Los contaminantes del aire se clasifican en dos grupos: primarios y secundarios.
Los contaminantes primarios son los que permanecen en el aire tal y como fueron emitidos por la fuente. Contaminantes primarios: monóxido de carbono (CO), bióxido de azufre (SO2), bióxido de nitrógeno (NO2), hidrocarburos y partículas microscópicas.
El monóxido de carbono es un gas incoloro e inodoro que se combina con la hemoglobina para formar la carboxihemoglobina, cuyo aumento de concentración es letal.
2C + O2 2CO
El bióxido de azufre se forma durante la combustión de la hulla, combustóleo y, en algunos casos, la gasolina, debido a la presencia del azufre en estas sustancias. También se produce en la fundición de vetas metálicas ricas en azufre, procesos industriales y erupciones volcánicas.
S + O2 SO2
El bióxido de nitrógeno se forma en las cámaras de combustión a alta temperatura cuando se quema combustibles fósiles en industrias y vehículos. También se forma en la atmósfera durante las tormentas eléctricas.
N2 + O2 2NO
Los hidrocarburos considerados como contaminantes son aquellos compuestos orgánicos en estado gaseoso que escapan a ala atmósfera. Sus fuentes principales son.
Una combustión incompleta de combustibles. Procesamiento, distribución y uso de compuestos derivados del petróleo,
tales como la gasolina y los solventes orgánicos.
Las partículas microscópicas, identificadas como partículas suspendidas totales (PST), son partículas sólidas dispersas en la atmósfera, como el polvo, las cenizas, el hollín, las partículas metálicas, el cemento o el polen.En la tabla se muestran los principales contaminantes del aire, las fuentes que los originan y los efectos que ocasionan en el organismo:
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Contaminantes Fuente Principales efectos
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PLOMO
Automóviles Trastornos en el metabolismo celular
FundicionesAlteraciones en el sistema nervioso central
Industria química Plaguicidas
Bióxido de azufre
Automóviles Daños en pulmonesPlantas eléctricas irritación de ojos y pielrefinería destrucción del esmalte de los dientes
FundicionesAsma, enfisema, ahogo, fatiga, cansancio
Hidrocarburos Automóviles CancerigenosOxido de nitrógeno
Automóviles Daños en pulmones irritación de ojos y piel Disminuye la capacidad de la sangre
Ozono
Reacciones fotoquímicas irritación de ojos y pielen la atmósfera Tos y dolor de pecho
Los contaminantes secundarios son el producto de la reacción de dos o más contaminantes en la atmósfera, algunos contaminantes secundarios son: ozono, aldehídos y peroxiacetilnitrato (PAN).El ozono (O3) es un compuesto gaseoso incoloro producido por reacciones atmosféricas del bióxido de nitrógeno y de hidrocarburos bajo la influencia de la luz solar.
NO2 + luz solar NO + O*
O* + O2 O3
El peroxiacetilnitrato (PAN) es otro de los contaminantes secundarios, se forma por la reacción entre el radical peroxiacetilo y el NO2.
El PAN es una sustancia muy irritante para los ojos; además, le confiere el color café-rojizo al esmog fotoquímico.
ContaminantesValores limites
Exposición agudaExposición crónica
Concentración(tiempo promedio)
Frecuencia máximaaceptable
Ozono (O3)
0.11 ppm(1 hora)
1 vez cada tres años
( no determinado)
Bióxido de azufre (SO2)
0.13 ppm(24 horas)
1 vez al año 0.03 ppm( media aritmética
anual)Bióxido de nitrógeno (NO2)
0.21 ppm(1 hora) 1 vez al año
(no determinado)
1.3.3 Inversión térmica
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La inversión técnica se presenta en la atmósfera cuando el aumento de la temperatura a medida que nos alegamos de la superficie, se interfiere y en lugar de tener capas mas frías de aire en relación con la altura, tenemos capas más tibias:
a) Generalmente, cuando se incrementa la altura, la temperatura desciende y el aire caliente procedente de la superficie se va enfriando.
b) Cuando la temperatura se invierte en relación con la altura, se produce una inversión térmica que se caracteriza por existir una capa de aire caliente en medio de dos capas de aire frió. Cuando hay contaminantes, la capa inferior de aire frió impide que los contaminantes se dispersan en la atmósfera, provocando un aumento en su concentración, lo cual afecta gravemente la salud.
1.3.4 EsmogLa palabra Esmog es de origen ingles; derivado de la fusión de dos vocablos: smoke, que significa humo, y fog, niebla, al castellanizarse la palabra se escribe esmog. En el contexto de la contaminación del aire se ha definido dos clases de esmog: industrial y fotoquímico.
El esmog industrial es común en muchas ciudades en la que hay plantas industriales y eléctricas, se caracteriza por la presencia de humo, niebla, bióxido de azufre y material en partículas como cenizas y hollín.
El esmog fotoquímico se llama así por que la luz solar es importante para iniciar las reacciones de formación de los contaminantes secundarios causantes de este tipo de esmog.
Se llama esmog urbano porque generalmente, se presenta en formas urbanas y sus inmensidades.
Efecto invernaderoEl efecto invernadero es un fenómeno causante del calentamiento global de la tierra. Gran parte de esta radiación se vuelve a emitir hacia el espacio exterior con una longitud de onda correspondiente a los rayos infrarrojos, pero es reflejada de vuelta por gases como el dióxido de carbono, el metano, el óxido nitroso, los clorofluorocarbonos (CFC) y el ozono, presentes en la atmósfera. Este efecto de calentamiento es la base de las teorías relacionadas con el calentamiento global.
1.3.5 Lluvia ácidaLa lluvia acidez un agua que lleva disuelta ácido sulfúrico (H2SO4), ácido nítrico (HNO3) y ácido carbónico; tiene un PH menor a 5.6. La presencia de los ácidos sulfúricos y nítricos se debe a la reacción que se lleva a cabo en el tritóxido de azufre (SO3), con el agua y entre el bióxido de nitrógeno con el agua, respectivamente, cuando la lluvia ácida cae en ecosistemas acuáticos, disminuye el PH del agua, lo que modifica las condiciones de la vida acuática y, rn casos severos, puede ocasionar la muerte de algunas especies.
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CO2 + H2O H2CO3 3NO2+ H2O 2HNO3 + NO SO3 + H2O H2SO4
Lluvia ácida Lluvia ácida Lluvia ácida
1.4 La contaminación del agua
El agua contaminada puede llevar materiales extraños como microorganismos, productos químicos, residuos industriales o agrícolas, estos materiales deterioran la calidad del agua y la hacen inútil para los usos pretendidos.
Los principales contaminantes del agua son los siguientes:
Aguas residuales y otros residuos que demandan oxigeno. Agentes infecciosos Nutrientes vegetales que pueden estimular el crecimiento de las plantas
acuáticas. Productos químicos incluyendo los pesticidas, diversos productos
industriales. Petróleo, específicamente el procedente de los vertidos accidentales. Minerales inorgánicos y compuestos químicos. Sedimentos formados por partículas del suelo y minerales arrastrados
por las tormentas y escorrentías desde las tierras de cultivo.
En la tabla se presentan algunos ingredientes tóxicos de productos de uso cotidiano que contaminan el agua.
Producto Ingrediente EfectoLimpiadores domésticos
Polvos y limpiadores abrasivos, fosfato de sodio
Corrosivo, tóxicos e irritantes
Productos en aerosol Hidrocarburos, inflamables Toxico e irritanteGasolina Tetraetilo de plomo Toxico e inflamable
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Cera para carrocería Naftas Inflamable e irritante
Blanqueadores
Hidróxido de sodio, hidróxido de K, peroxido de hidrogeno, hipoclorito de sodio o Calcio
Extremadamente corrosivo y toxico
Pulidores de piso y muebles
Amoníaco, dietilglicol, destilados de petróleo, nitrobenceno, nafta y fenoles Inflamables y tóxicos
Adhesivos Hidrocarburos Inflamable e irritantesAntocongelantes Etilenglicol Tóxico
1.4.1 Uso urbano
La contaminación del agua en zonas urbanas esta formada por las aguas residuales de los hogares y de los establecimientos comerciales, a este tipo de aguas contaminadas también se le conoce como aguas negras; estas tienen un color gris y olor desagradable.
1.4.2 Uso industrial
Según el tipo de industria, se producen tipos de residuos. Normalmente, en los paises desarrollados muchas industrias poseen eficaces sistemas de depuración de las agua, sobre todo de las que producen contaminantes más peligrosos, como metales tóxicos. En la tabla se presentan algunas sustancias contaminantes y el tipo de industria de la que proceden.
Sector industrial Sustancias contaminantes principalesConstrucción Sólidos en suspensión, metales, pH.
Química orgánica Organohalogenados,organosilicicosQuímica inorgánica Hg, P, fluoruros, cianuros, amoniaco, nitridos.
Fertilizantes Nitratos y fosfatos.Pintura, barnices y
tintas Compuestos organohalogenados, organofosforados.
MineríaSolidos en suspensión, metales pesados, materia orgánica, pH, cianuros
Textil y pielCromo, taninos, tensoactivos, sulfuros, colorantes, grasas, disolventes organicos, ácido acético.
Navales Petróleo, productos químicos, disolventes y pigmentos.
SiderurgíaCascarillas, aceites, metales disueltos, emulsiones, sosas y ácidos
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AUTOEVALUACIÓN
I. Subraya la opción que conteste correctamente cada cuestión
1. Rama de la química que permite realizar un análisis de las reacciones químicas.
a) Fotometria b) Calorimetría c) Estequiometría d) Colorimetría
2. Sistema que considera al “mol” como una unidad de medición.
a) Sistema Ingles b) Sistema Métrico decimalb) Sistema Internacional d) Sistema Francés de Unidades
3. El mol es una unidad para medir.
a) Cantidad de materia b) Cantidad de luzc) Cantidad de volumen d) Cantidad de átomos
4. Leyes consideradas la base de la Estequiometría
a) Estequiometría b) Pondérales c) Cuantitativas d) De medición
5. Al valor de 6.022x1023 se le conoce como
a) Número cuántico b) Número de Daltonc) Número de Avogadro d) Número de átomos
6. Valor que corresponde a 1 mol de átomos de azufre
a) 32.06 g b) 33.06 g c) 33.60 g d) 32.60 g
7. El hidrogeno y el oxigeno se combinan en dos proporciones distintas y cada una corresponde a un compuesto diferente: el agua (H2O) y el peroxido de hidrogeno (H2O2), respectivamente ¿Qué ley ponderal soporta esta afirmación?
a) Conservación de la masa b) Proporciones definidasc) Proporciones múltiples d) Proporciones recíprocas
8. Cantidad de átomos de sodio que hay en 1 mol de este elemento.
a) 6.044x10-23 b) 6.022x1023 c) 6.022x10-23 d) 6.044x1023
9. Valor que corresponde a la masa molar de una molécula de Cl2.
a) 70.9 g b) 80.9 g c) 35.5 g d) 36 g
10. Fuente principal de los contaminantes atmosféricos.
a) Erupciones volcánicas b) Reacciones fotoquímicas
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c) Humo de las industrias d) Quema de combustibles fósiles
11. Ejemplo de contaminante secundario
a) CO b) O2 c) O3 d) NO2
12. Tipo de ácido componente de la lluvia ácida
a) Fosfórico b) Nítrico c) Clorhídrico d) Formico
13. Agua contaminada por el uso en hogares y establecimientos comerciales
a) Residual b) Pluvial c) Potable d) Jabonosa
14. Contaminante primario que se forma debido a las altas temperaturas de las cámaras de combustión donde se queman combustibles fósiles.
a) SO2 b) CO c) NO2 d) O3
15. El agua contaminada por su uso en la industria de los fertilizantes se caracteriza por llevar en ella estos compuestos.
a) Nitratos y fosfatos b) Aceites y petróleoc) Fluoruros y cianuros c) Metales pesados
II.- Escribe sobre la línea la palabra o palabras que contesten correctamente cada cuestión
1. Ley ponderal que se cumple al balancear una ecuación química ____________________________
2. Corresponde a la masa expresada en gramos de 1 mol de esa sustancia ______________________________
3. Se define como el volumen que ocupa 1 mol de un gas en condiciones TPN: __________________________________
4. Es la suma de la masa atómica de los elementos indicados en la fórmula química __________________________
5. Representa la relación mínima de números enteros de los átomos de cada elemento presente en un compuesto ________________________________
6. Reactivo que se agota en su totalidad en una reacción química _________________________________
7. Valor representativo de los niveles de contaminación atmosférica y sus efectos en la salud _________________________
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8. Tipo de contaminación atmosférica provocada por las diversas actividades del hombre ____________________________
9. Fenómeno natural que se presenta cuando la temperatura es fría en la superficie terrestre y caliente conforme aumenta la altura ________________________________________
10. Tipo de esmog originado por la reacción de los contaminantes secundarios debido a la acción de la luz solar ____________________________________
III. Resuelve los siguientes problemas
1.-¿Qué cantidad de moléculas de butano (C4H10) hay en 15.5 g de este gas y que volumen ocupa esta cantidad de moléculas en condiciones TPN?
2.-¿Cuántos moles de oxígeno se producen al calentar 1.65 g de clorato de potasio (KClO3)?
KClO3 KCl + O2
3.- El SO2, un contaminante primario que se produce al quemar combustóleo, se puede eliminar del gas de chimeneas tratándolo con piedra caliza (CaCO3) y oxigeno:
SO3 + CaCO3 + O2 CaSO4 + CO2
a) ¿Cuántos moles de CaCO3 y cuantos de O2 se requieren para eliminar 150 g de SO2?
b) ¿Que masa de CaSO4 se forma cuando se consumen por completo 150 g de SO2?
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UNIDAD II
SISTEMAS DISPERSOS
OBJETIVO DE LA UNIDAD. El estudiante caracterizará los tipos de dispersión de la materia identificando sus propiedades principales, cuantificando la concentración de una disolución, planteando la importancia de estos sistemas en la naturaleza y los seres vivos con una actitud crítica y responsable.
PROPOSITOLas disoluciones, coloide y suspensiones son ejemplo claros y objetivos de los diferentes tipos de mezclas que coexisten en diversos procesos químicos, físicos y biológicos teniendo un impacto profundo en la vida del hombre, ya que a través de la aplicación de estos sistemas dispersos el ser humano ha encontrado una diversidad de procesos para producir nuevos productos que han permitido elevar su calidad de vida, desde los aspectos nutricionales así como aquellos que conservan y/o proveen la salud.Es por ellos que cada uno de los temas que se tratan en esta unidad recrean singularmente aspectos teóricos y prácticos, puntualizando las características fisicoquímicas de cada una de las mezclas, con la posibilidad de reproducir fenómenos a través de la experimentación tanto cualitativa como cualitativamente, proporcionando un sentido disciplinario más apegado al cuestionamiento fenomenológico de la ciencia en el área del la química.
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METODOLOGÍA DIDACTICA
Para esta Unidad se ejecutara la lectura de comprensión del apunte, resolución de la autoevaluación que se encuentra al final de cada unidad, y la revisión del mapa conceptual el cual sirve como retroalimentación para el estudiante.
Unidad I Presentar de manera esquemática los distintos métodos para
separar mezclas señalando la utilidad que estos tienen en los procesos industriales.
Consultar los términos de disolución diluida, concentrada, saturada y sobresaturada y hacer un cuadro comparativo entre las disoluciones citando ejemplos de ellas.
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UNIDAD IISISTEMAS DISPERSOS
2.1 Mezclas Homogéneas
El mundo natural que nos rodea esta constituido por materia, la materia atendiendo a su composición, se clasifica en homogénea y heterogénea. Una sustancia pura se refiere a un elemento o compuesto como principal característica es que poseen una composición definida.
Las mezclas pueden presentarse en dos formas: homogéneas y heterogéneas.
Una mezcla homogénea es aquella que presenta uniformidad, a simple vista, en toda su extensión, por ejemplo las bebidas alcohólicas.
Una mezcla heterogénea presenta más de una fase de otra denominada interfase, permiten observar distintas propiedades y composición por ejemplo, la mezcla de agua y aceite.
Caracteristicas Sustancia pura MezclaOrigen Combinación química Unión físicaComposición Proporción en masa definida Proporción variableSeparación de componentes Procedimientos químicos Procedimientos físicosUniformidad Sistema homogéneo Homogéneo y heterogéneoIdentificación de componentes
Sus constituyentes pierden sus propiedades originales
Sus componentes conservan sus propiedades
2.1.1 Métodos de separación de mezclas
Una mezcla se puede separar en cada uno de los componentes, conservando sus propiedades físicas y químicas, mediante procesos físicos experimentales, tales como filtración, destilación, sublimación, extracción, cristalización, cromatografía.La finalidad de éstos es obtener sustancias puras a partir de mezclas, con un grado de pureza que permita su uso en la industria. Estos métodos físicos se muestran en la siguiente tabla:
Método PropiedadesFiltración Tamaño de la partícula y baja solubilidad.Destilación Diferencia en el punto de ebulliciónSublimación Diferencia en el punto de sublimaciónExtracción Diferencia en la solubilidad en dos disolventesCristalización Diferencia de solubilidad en disolventes fríos y calientes
CromatografíaDiferencia de difusión de una sustancia a través de otra fija
Centrifugación Fuerza de centrifuga sobre las partículas
EvaporaciónDiferencia en el punto de evaporación de los componentes de la mezcla
Imantación Propiedades magnéticas de los componentes
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TamizadoTamaño de las partículas en relación con el diámetro de los orificios de la malla
Destilación
Así mismo dependiendo del tipo de mezcla en relación al estado de agregación de sus componentes, puede presentarse los siguientes ejemplos de separación de mezclas.
Tipos de mezcla Método de separación EjemploSólido con sólido
1)Solubilidad2)Solubilidad en solvente orgánico3)Sublimación4)Magnetismo5)Cristalización
KCl/arenaS/FeYodo/arenaFe/SKNO3/KCl
Sólido insoluble liquido Filtración Arena/aguaColudo soluble en liquido Evaporación NaCl/aguaLiquido con liquido Destilación fraccionada PetróleoLiquido con gas Por ebullición se libera el gas Agua/aire
Gas en gas
1)Licuefacción y posteriormente destilación fraccionaria2)Solubilidad en un liquido3)Difusión
O2/N2
CO2/CO
H2/N2
Analizaras que las mezclas, emulsiones y suspensiones se separan por medios mecánicos; los coloides, por métodos fisicoquímicos; y las soluciones, por destilación o cristalización.
2.2 Disoluciones coloideas y suspensiones
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Los distintos sistemas químicos, físicos y biológicos se clasifican en tres importantes clases: disoluciones, coloide y suspensiones.
2.2.1 Características de las disoluciones
Las disoluciones son las mezclas mas abundantes en el ambiente, una disolución es una mezcla de por lo menos una sustancia disuelta en otra, la atmósfera es una disolución de gases entre oxigeno y nitrógeno.
Una disolución consta de una sustancia llamada soluto que se dispersa en otra llamada disolvente.
Tipos de mezcla Ejemplo Soluto DisolventeDisoluciones gaseosasGas en gas Atmósfera O2(gas) N2 (gas)
Disoluciones liquidasGas en liquidoLiquido en un liquidoSólido en un liquido
Agua mineral CO2 (gas)CH3COOH(líquido)Yodo (sólido)
H2O liquidoH2O liquidoAlcohol líquido
Disoluciones sólidasLiquido en un sólidoSólido en un solidó
Amalgama dental Hg (liquido)Carbono (sólido)
Ag (sólido)Hierro (sólido)
Las disoluciones también se clasifican de acuerdo con su condición eléctrica en: disoluciones conductoras y no conductoras, de manera específica se le denominara como soluciones electrolíticas y no electrolíticas.
Las sustancias electrolíticas si se disuelven totalmente, se llaman electrolitos fuertes, si solo se disuelve una parte se llaman electrolitos débiles.
Esto se debe a la capacidad de iotización del soluto en agua:
a) Los electrolitos fuertes se ionizan totalmente en un medio acuoso.
b) Los electrolitos débiles se ionizan parcialmente.
Solubilidad
La solubilidad de una sustancia se define como el número máximo de gramos de sustancia que se puede solubilizar en 100 gramos de disolvente a cierta temperatura.
La solubilidad es la cantidad máxima de un soluto que puede disolverse en una cantidad dada de solvente a una determinada temperatura.
Solubilidad
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(g (soluto) 100g (H2O)Soluto 20ªC 50ªCNaCl 36 37KCl 34 42.6NaNO3 88 114KClO3 7.4 19.3
El proceso de solubilidad
Cuando un compuesto iónico como el cloruro de sodio (NaCl) se pone en contacto con el agua (H2O) este se disocia en iones sodio (Na+) y iones cloruro (Cl-), estas partículas iónicas so rodeadas por los polos positivos negativos y del agua, el proceso de solubilidad se relaciona con la absorción o emisión de calor, el proceso de solubilidad puede ser endotérmico o exotérmico.
Factores que afectan a la solubilidad
Dentro de los factores que alteran o modifican la solubilidad de un soluto en un disolvente puede estar:
a) Superficie de contacto: La interacción soluto-solvente aumenta cuando hay mayor superficie de contacto y el cuerpo se disuelve con más rapidez (pulverizando el soluto).
b) Agitación: Al agitar la solución se van separando las capas de disolución que se forman del soluto y nuevas moléculas del solvente continúan la disolución
c) Temperatura: Al aument6ar la temperatura se favorece el movimiento de las moléculas y hace que la energía de las partículas del sólido sea alta y puedan abandonar su superficie disolviéndose.
d) Presión: Esta influye en la solubilidad de gases y es directamente proporcional
Disoluciones empíricas
Las disoluciones pueden ser de tres tipos:
a) Disolución insaturada: Cuando a cierta temperatura, en una cantidad dada de disolvente, se tiene disuelto menos soluto del que puede disolver en un disolvente.
b) Disolución saturada: Una solución es saturada cuando a una temperatura determinada en una cantidad dada de disolvente, se tiene disuelta la máxima cantidad de soluto que se puede disolver.
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c) Disolución sobresaturada: es un proceso especial, usualmente se realiza por sobrecalentamiento, este tipo de disoluciones precipitan solutos al agitarlas o al adicionarles una pequeña cantidad de soluto.
Disoluciones diluidas y concentradas
Comparar cualitativamente varias disoluciones del mismo soluto en el mismo disolvente, se utilizan los siguientes términos: disoluciones diluidas y disoluciones concentradas, para distinguir que una tiene más soluto que otra en la misma cantidad de disolvente.
Osmosis
El fenómeno de la osmosis fue descubierto en 1748 por el físico francés Jean Anthony Mollet, al experimentar cubriendo el extremo inferior del tubo con Pavel pergamino, llenándolo posteriormente con una disolución acuosa de sacarosa en el extremo opuesto del tubo.
La osmosis es la transferencia de disolvente, que regularmente es el agua a través de una membrana semipermeable, existiendo con ello una diferencia de concentración que va de un espacio de menor concentración de soluto a otro de elevada concentración, el aumento de peso de la solución de agua de azúcar ejerce una presión hacia abajo,, llamado presión osmótica.
Las disoluciones fisiológicas que se emplean para sustituir o reemplazar los líquidos del organismo, como la solución de NaCl al 0.9% o las disoluciones de glucosa al 5%, generalmente no tienen la misma clase de partículas que los líquidos del cuerpo, pero si ejerce la misma presión osmótica.
Disolución isotónica, hipotónica e hipertónica
Las disoluciones isotónicas son aquellas donde la concentración es el mismo en ambos lados de la membrana de la célula, el agua pura se considera como disolución hipotónica ya que su presión osmótica es menor que la de las células, la penetración del agua en las células se debe entonces a una diferencia de presión osmótica, este aumento de liquido provoca que la célula se hinche y posiblemente se rompa este proceso se denomina hemólisis.
Si colocamos eritrocitos en una disolución salina y sabiendo que los electrolitos tienen una presión osmótica igual a la de una disolución al .9% la disolución del 10% tiene presión osmótica ligeramente superior esta es una disolución hipertónica.
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2.2.2 Características del coloide
Las partículas coloide tienen propiedades intermedias entre las disoluciones verdaderas y las suspensiones se encuentran dispersas sin que estén unidas considerablemente a las partículas del disolvente y no se sedimentan al dejarlo en reposa.
Cuatro consideraciones básicas de los sistemas coloidales:1) Tienen masa molar alta.2) Su tamaño no es relativamente grande.3) A pesar de su tamaño, no lo son tanto para asentarse.4) A nivel microscópico son heterogéneas.
Clasificación del coloide
Los coloides se clasifican en relación con el estado de agregación o físico de la fase dispersa y el medio dispersante.De manera especifica, si el medio de dispersión es el agua, entonces recibe las siguientes denominaciones.
a) Coloidea hidrofobitos.
b) Coloides hidrofilitos.
Propiedades de los coloides
1. Efecto óptico. la dispersión de la luz es una propiedad característica del coloide.
2. Efecto de movimiento. Los coloide presentan un movimiento de zig-zag de formas aleatorias, esto provoca que las partículas suspendidas no sedimenten y se mantengan en movimiento indefinidamente.
3. Floculación o coagulación. Un fenómeno interesante que presenta las dispersiones coloidales es que estas pueden absorber partículas cargadas eléctricamente en su superficie.
4. Superficie de absorción. Una característica de los síntomas coloidales es su gran superficie, esto se debe al tamaño tan pequeño que posee, las cuales proveen una gran superficie efectiva de contacto con la fase dispersante.
Diálisis
La diálisis es un proceso similar a la osmosis una membrana semipermeable llamada membrana dializarte, permite el paso de las particulaza tales como las moléculas e iones pequeños en solución; al igual que las moléculas de agua, pasan a través de ella.
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La diálisis se usa para la purificación de sales coloidales y para algunas aplicaciones especializadas, por ejemplo en el tratamiento de pacientes con deficiencia renal.
2.2.3 Características de las suspensiones
Una suspensión es una mezcla heterogénea no uniforme y es diferente a los sistemas coloidales, las partículas de una suspensión son afectadas por la acción de la gravedad, ya que después de preparar la mezcla, el soluto debido a su peso precipita hacia el fondo del recipiente. Habrás leído la leyenda “agite bien antes de usar” esto con la finalidad de suspender todas las partículas antes de ingerir el medicamento por ejemplo el peptobismol, el kaopetate etc.
2.3 Concentración de las disoluciones
Se puede establecer una relación entre la cantidad de soluto en una determinada cantidad de disolvente o disolución, en termino químico, este tipo de relación recibe el nombre de concentración.
Para expresar este tipo de relaciones, existen dos formas:
a) En unidades físicas.b) En unidades químicas.
2.3.1 Concentración de las disoluciones en unidades físicas
La resolución de problemas de disoluciones, tanto en unidades de concentración físicas como químicas, se puede plantear de dos maneras:
1. Cálculos directos de la unidad de concentración.2. Calculo de la masa y/ volumen del soluto o disolvente.
1. Porcentaje peso a peso (% p/p)Relaciona la cantidad en gramos de soluto presentes en 100 g de disolución y su expresión matemática es:
Ejemplo 1. A partir de 250g de una disolución acuosa de sulfato de cobre (CuSO4), se obtiene por evaporación un residuo de 30g de sulfato. Calcula:a) ¿Cuántos gramos de agua se evaporaron?
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b) ¿Cuál es el porcentaje por peso del soluto?c) ¿Cuál es el porcentaje de disolvente?
Solución:
a) Gramos disolución = gramos soluto + gramos disolvente Gramos disolvente = gramos disolución- gramos soluto Gramos de H2O = 250 g – 30 g Gramos de H2O = 220 g
b) % p/p CuSO4 = masa CuSO4 x 100 masa disolución
% p/p CuSO4 = 30 g x 100 250g
% p/p CuSO4 = 12%
c) % p/p H2O = masa H 2 O x 100 masa disolución %p/p H2O = 220 g x 100 250 g % p/p H2O = 88%
Porcentaje peso a volumen (% p/v)
Es una manera de expresar los gramos de soluto que existen en 100 mililitros de disolución.Expresión analítica:
Ejemplo 1. ¿Cual es el % p/v de NaCl en una solución que contiene 10 g de soluto en 120 ml de solución?Datos:% p/v NaCl= ?Masa NaCl = 10 gVolumen solución = 120 ml
Solución:
% p/v NaCl = masa NaCl x 100 Volumen solución
% p/v NaCl= 10 g x 100 120 ml
% p/v NaCl = 8.33 %
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3. Porcentaje volumen a volumen (% v/v)
Se emplea para expresar concentraciones de líquidos y relaciona el volumen de un soluto en un volumen de 100 mililitros de disolución.
Expresión analítica:
Ejemplo 1. ¿Cual es el % v/v de una disolución que contiene 5ml. De HCl en 100 ml de agua?
Datos:
% v/v HCl = ?V HCl =5 mlV H2O =100 ml
Solucion:
% v/v HCl = V HCl x 100 V disolución
V disolución = V HCl + VH2O
V disolución = 5 ml + 100 mlV disolución = 105 ml% v/v HCl = 5 ml x 100 105 ml% v/v HCl = 4.8 %
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4. Partes por millón (ppm)
Este tipo de concentraciones se utiliza cuando se tienen disoluciones muy diluidas. De manera análoga, al porcentaje en peso que representa el peso de soluto en 100 partes de disolución, las partes por millón se refieren a las partes de soluto por cada millón de partes de disolución.
Ejemplo 1.Una muestra de agua de 600 ml tiene 5 mg de F- ¿Cuántos ppm de ion fluoruro hay en la muestra?
Datos:V H2O = 600 ml = .6 LMasa F- = 5 mgPpm =?
Solución:Ppm F = mg F L disoluciónPpm F = 5 mg .6 LPpm F = 8.3 ppm
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2.3.2 Concentración de las disoluciones en unidades químicas
Al efectuarse una reacción química esta debe ajustarse a los principios o leyes que rigen las relaciones pondérales entre las sustancia que transformaron sus identidades originales por otras nuevas.
1. Solución molarLa molaridad se expresa por la literal M y relaciona los moles de soluto
por el volumen de la solución expresada en litros.
Ejemplo 1. ¿Cuál es la molaridad de una disolución de 2 moles de KOH en 2.5 litros de disolución?Datos:M = ?N = 2 moles KOH
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V = 2.5 l
Solución:M =n VM = 2 moles KOH 2.5 LM = 0.80 moles KOH
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2. Solución molal (m) La molalidad es una concentración de las disoluciones que relaciona los moles de soluto por los gramos del disolvente.
Ejemplo 1.Calcula la molalidad de una disolución que tiene 05 moles de NaCl en .2 Kg de agua.
Datos:
M = ?N = 0.5 mol NaClKg disolvente = 0.2 Kg H2O
Solucion:
M = ___ n ____ Kg disolvente
M = 0.5 mol NaCl 0.2Kg H2OM = 2.5 m
3. Solución Normal (N)
La normalidad es una concentración que relaciona los equivalentes gramos del soluto por los litros de solución.
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En este tipo de concentración utilizaremos otra unidad química de masa denominada Equivalente-gramo que corresponderá a la cantidad de materia que de manera proporcional intervendrá en los cambios químicos.El equivalente- gramo de un elemento o compuesto se determinara de acuerdo con las características propias de dicha sustancia en sus combinaciones.
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Ahora, podrás interpretar adecuadamente la unidad de concentración química normal. Para ello, analizar la información proporcionada y desarrollar el procedimiento metodológico sugerido. Analizar el siguiente ejemplo:
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4. Fracción molar (X) La fracción molar es una forma de expresar la concentración de las disoluciones relacionando los moles de soluto por los moles de la disolución, la fracción molar es adimensional.
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AUTOEVALUACIÓN
I.- RELACIONA LAS SIGUIENTES COLUMNAS, COLOCANDO LA LETRA CORRECTA DENTRO DEL PARÉNTESIS:
1.-Sistema que posee distintas fases en toda su extensión ( )
a) Sal, azúcar, polvo para hornear
2.-Sistema que posee una misma fase en toda su extensión ( )
b) Destilación fraccionada
3.-Sus constituyentes se combinan en proporciones constantes y pierden sus propiedades originales ( )
c) Disoluciones
4.-Ejemplos de compuestos ( ) d) Mezclas homogéneas
5.-Ejemplo de elementos ( ) e) Centrifugación
6.-Ejemplo de mezclas Heterogéneas ( )
f) Cristalización
7.-Vinos, jarabe, desinfectantes líquidos ( )
g) Compuestos
8.-Consiste en la separación de los componentes de una mezcla por el tamaño de la partícula a través de un medio poroso (filtro) ( )
h) Zn, Cu, He, Cl2
9.-Método aplicado en la separación de los componentes de la sangre ( ).
i) Ensaladas, pasteles, coctel de frutas
10.-Método de separación de los componentes del petróleo ( )
j) Sublimación
k) Mezclas Homogéneas
II.- SUBRAYA LA OPCIÓN QUE CONTESTE CORRECTAMENTE CADA CUESTIÓN:
1.-Químico Británico que estudio la difusión a través de una membrana semipermeable de algunas sustancias con la albúmina en el agua:
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a) J. Chadwick b) T. Graham c) L. Meyer d) J. Dalton
2.-Nombre de la fase especifica del disolvente en los sistemas coloidales:
a) Dispersa b) Uniforme c) Dispersante d) discontinua
3.- Nombre de la fase especifica del disolvente en los sistemas coloidales:
a) Dispersa b) Uniforme c) Dispersante d) discontinua
4.-Ejemplo de un sistema coloidal líquido-gas:
a) Esponja b) aleaciones c) detergente d) niebla
5.-Propiedad de los coloides que se manifiesta por la dispersión de la luz:
a) Móv. Browniano b) Efecto Tyndall c) Efecto de carga d) Efecto de adsorción.
6.-Propiedad de los coloides cuando estos se coagulan o floculan:
a) Móv. Browniano b) Efecto Tyndall c) Efecto de adsorción. d) Efecto de carga
7.-Sistema en el cual un disolvente se separa de una disolución por una membrana semipermeable:
a) Diálisis b) catálisis c) Osmosis d) enzimático
8.-En que disolución se tiene la menor cantidad de soluto en la misma cantidad de disolvente:
a) concentrada b) diluida c) saturada d) sobresaturada
10.-Es el número de moles de de soluto por litro de disolución:
a) Normalidad b) molalidad c) molaridad d) relación porcentual
III.- Analiza los siguientes enunciados y escribe en el paréntesis una V si es verdadero, o una F si es falso.
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1.- Hay disoluciones que pueden separarse a través de filtros y membranas
( )
2.- Los coloides no son visibles en un microscopio electrónico
( )
3.- El movimiento de las partículas en un sistema coloidal se llama Browniano
( )
4.- Las partículas en una disolución precipitan ( )
5.- El efecto Tyndall es un fenómeno característico de los coloides
( )
6.- Las suspensiones son ejemplos de mezclas heterogeneas
( )
7.- Las particulas coloidales se observan a través de microscopios electrónicos
( )
8.- Las suspensiones contienen partículas que precipitan por gravedad
( )
9.- Las disoluciones poseen partículas con movimiento Browniano
( )
10.-
Las particulas de una suspensión no se separan por filtración
( )
IV.-RESUELVE CORRECTAMENTE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS:
1.- Calcula la concentración en masa (m/m) de la siguiente disolución: 20 gr. De KCl en 150 gr. de disolución.
2.- ¿Cuántos mililitros de ácido acético se necesitan para preparar 300 ml de disolución al 20% (v/v)
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3.- ¿Cuál es la molaridad de una disolución de 2 moles de KOH en 2.5 litros de disolución?
UNIDAD III
COMPUESTOS DE CARBONO
OBJETIVO DE LA UNIDAD. El estudiante valorará la importancia de los compuestos de carbono relacionando las estructuras de éstos con sus propiedades, identificando los grupos funcionales existentes en los compuestos, evaluando sus implicaciones en el desarrollo tecnológico de la sociedad con una postura crítica y responsable.
PROPOSITO
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La naturaleza es un enorme laboratorio donde se realizan las reacciones químicas más increíbles. Diariamente se obtiene millones de compuestos químicos orgánicos que son empleados por los organismos vivos para su reproducción y su preservación; así mismo, estos productos son aislados e investigados por el hombre con la finalidad de utilizarlos convenientemente.Los conocimientos básicos sobre la comprensión de las estructuras de la química orgánica, la distribución electrónica en los enlaces químicos, la reactividad de los grupos funcionales presentes en ella y la importancia de la aplicación de la química en los diferentes aspectos de nuestra vida, son temas que analizaremos en esta unidad.
METODOLOGÍA DIDACTICA
Para esta Unidad se ejecutara la lectura de comprensión del apunte, resolución de la autoevaluación que se encuentra al final de cada unidad, y la revisión del mapa conceptual el cual sirve como retroalimentación para el estudiante.
Unidad I Realizar un mapa conceptual sobre las distintas propiedades
de los enlaces sencillos, dobles y triples. Realizar consulta bibliográfica acerca de la importancia
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socioeconómica y el impacto ecológico de la petroquímica. Elaborar un cuadro donde se señale los usos más importantes
de los grupos funcionales.
UNIDAD IIICOMPUESTOS DE CARBONO
3.1 Estructura molecular de los compuestos del carbono
August Kekule (1857) propuso la extraordinaria teoría estructural que plantea: Cualquiera que fuese la complejidad de la molécula orgánica, cada átomo de carbono tiene siempre valencia normal de cuatro; así también, el hidrogeno y los halógenos valencia de uno; el oxigeno y el azufre de dos y el nitrógeno de tres.
Propuso la utilización de guiones (-) que indica la valencia o enlace de cada átomo, se establecieron las primeras formulas estructurales de los compuestos
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orgánicos que proporcionan los fundamentos para describir y predecir el comportamiento de todos aquellos.
Molécula de metanoEl metano es un ejemplo de compuesto molecular, cuyas unidades básicas son grupos de átomos unidos entre sí. La molécula de metano consta de un átomo de carbono con cuatro átomos de hidrógeno unidos a él. La forma general de la molécula es un tetraedro, una figura con cuatro caras triangulares idénticas, con un átomo de hidrógeno en cada vértice y el átomo de carbono en el
centro.
El ángulo de enlace entre el carbono y el hidrogeno es de 109ª 28 y que este ángulo pude ir aumentando a medida que lo hacen las dimensiones de los átomos que forman el enlace.
La longitud del enlace es la distancia que existe entre los núcleos de los átomos enlazados.
Los hidrocarburos, al estar unidos sus átomos por enlaces covalentes, forman cadenas largas y reciben el nombre de de hidrocarburos de cadena recta o hidrocarburos lineales. Los hidrocarburos lineales pueden tener varios grupos de carbonos unidos en diferentes posiciones formando arborecencias se les denomina ramificados.
También los hidrocarburos lineales pueden tener varios grupos de carbonos unidos en diferentes posiciones formando arborescencias. A estos hidrocarburos se les denomina ramificados.
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3.1.1Configuraciones electrónicas del carbono e hibridación (sp, sp2, sp3)
El átomo de carbono contiene 6 electrones en total, y éstos deberían estar distribuidos de la siguiente forma:
Dos electrones en el orbital 1s.Dos electrones en el orbital 2s.Dos electrones en el orbital 2p.
3.1.2Geometria molecular (tetraédrica, trigonal plana y lineal)
El átomo de carbono lleva a cabo el fenómeno de hibridación que consiste en que los dos electrones del orbital 2s se conjugan con los dos electrones del orbital 2p, formando nuevos orbítales híbridos denominados sp3.
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Sp3
(Cuatro regiones de densidad electrónica alrededor del C)
La orientación de estos orbítales sp3 es tetraédrica, los cuatro enlaces del carbono están dirigidos hacia los cuatro vértices de un tetraedro imaginario. Cuando el carbono emplea sus cuatro orbítales híbridos sp3 para formar enlaces con otros átomos, reciben el nombre de hibridación tetragonal.
La hibridación trigonal, en donde el orbital 2s se combinan con dos orbítales p para formar tres orbítales híbridos sp2.
sp2 (Tres regiones de densidad electrónica alrededor del C)
La hibridación diagonal, el orbital atómico 2s se combina con una orbital 2p para formar el orbital híbrido sp.
sp (Dos regiones de densidad electrónica alrededor del C)
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Dos de los fenómenos mas importantes en los orbítales moleculares pi (π) son la conjugación electrónica y la resonancia eléctrica o aromaticidad.
Conjugación electrónicaEste fenómeno ocurre cuando en una cadena de hidrocarburos existen orbítales moleculares vecinales separados por un enlace sencillo.
Resonancia eléctricaEsta gran conjugación eléctrica, llamada resonancia, forma una nube electrónica en ambos lados del plano del anillo, este movimiento recibe el nombre de resonancia o aromaticida.
3.2 Tipos de cadena e isometría
3.2.1 Tipos de cadenas
Los compuestos orgánicos se dividen en dos grandes grupos:
a) La acíclica o alifática: agrupa los compuestos en cuyas estructuras moleculares no hay ciclos, por lo tanto son de la cadena abierta.
b) Serie cíclica: agrupa los compuestos en cuya estructura hay ciclos; esta serie se subdivide en carbociclica y heterociclica.
Distintas representaciones de formulas químicas La formula condensada solo expresa los distintos átomos que forma el
compuesto, así como su número total. La formula semidesarrollada expresa, además del número total de
átomos, las funciones químicas presentes en la molécula.
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La formula desarrollada expresa las posiciones relativas y las valencias correctas de todos los átomos de las moléculas.
3.2.2 Isomería
Cuando dos compuestos orgánicos tienen la misma fórmula molecular y composición porcentual; sin embargo son dos compuestos diferentes. Se llaman isómeros. Según la diferente ordenación espacial de los átomos, éstos se clasifican en varios tipos de isomería, como a continuación se detalla.
Isomería estructural o de cadenaLos compuestos que se agrupan en esta isomería tienen el mismo número y tipo de átomo. Pero el orden de distribución de la estructura es diferente.
Isomería de posiciónLa isomería de posición resulta cuando el grupo funcional o sustituye que esta presenta en la estructura, va variado de posición en la cadena del compuesto. Cuando aumenta el número de sustituyentes en la cadena se incrementa considerablemente el número de isomeros.
Isomería de función o de grupo funcional
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La isomería funcional es aquellas moléculas que tienen la misma formula condensada, pero los átomos que participan en la estructura están arreglados en distintas formas, de tal manera que presentan distinta función química.
3.3 Hidrocarburos
Los hidrocarburos son los compuestos químicos orgánicos que están constituidos por carbono e hidrogeno. La mayoría de ellos se obtienen del petróleo, pero también del gas natural y de los yacimientos de carbono.
Gas natural
El gas natural puede ser útil como combustible en la industria o como producto de energía eléctrica, remplazando al carbón y el petróleo con menos contaminación.
Petróleo natural o crudo
El petróleo o crudo, al igual que el gas natural, tienen el mismo origen y se extrae del subsuelo, no presenta utilidad comercial así como se encuentra, es necesario someterlo a un proceso de refinación y obtener una gran cantidad de compuestos importantes para la industria química. El petróleo no es un compuesto sino una mezcla de más de 500 compuestos formados de átomos de carbono e hidrógeno por lo que se les llama hidrocarburos.En el petróleo cada uno de los hidrocarburos conserva sus propiedades específicas, por ejemplo el punto de ebullición, como si estuviera puro. Esta característica permite su separación mediante la destilación fraccionada.
Clasificación de los hidrocarburosCon base en sus propiedades físicas y el tipo de cadenas los hidrocarburos se pueden clasificar de la forma siguiente:
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Hidrocarburos alifáticos y aromáticos Los hidrocarburos se pueden dividir en dos clases amplias: alifáticos y aromáticos.Los significados originales de la palabra “alifático” (grasa) y “aromático" (fragante, oloroso) ya no tienen sentido.Los alifáticos tienen cadena abierta, incluyen los cíclicos que se asemejan a aquellos.Los aromáticos son el benceno y aquellas substancias semejantes al mismo en su comportamiento químico.
3.3.1 Alcanos
Los alcanos también llamados parafina, son hidrocarburos saturados de cadena abierta que tienen enlaces sencillos: carbono-carbono y carbono-hidrogeno.
CH3 -(CH2)n -CH3
Son saturados porque todos los enlaces de carbono que forman la cadena están llenos de hidrógenos o carbono. Los miembros de esta familia está.n representados por la formula general CnH2n+2
Alcanos aciclicos
Regla de UIQPA para nomenclatura de alcanos
1. Se nombra la raíz que señala las características del esqueleto o cadena de carbonos, precedida o terminación ano, que indica el grado de saturación.
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2. Para nombrar la raíz se escoge la cadena mas larga de la molécula.
3. se enumera los átomos de carbono consecutivos de la cadena principal, comenzando por el extremo que tenga más próximo los sustituyentes.
4. Se nombra uno de los grupos o sustituyentes, precedidos del número que indica el átomo de carbono al que esta unido, si existen dos grupos sobre el mismo carbono se repite el número.
Alcanos cíclicos
Estos hidrocarburos poseen anillos y también son llamados cicloalcanos, el primer compuesto cíclico que se forma en esta familia es el ciclopropano, le siguen el ciclo butano, ciclo pentano, ciclohexano, etc.
Radicales
Se conoce como radicales alquilo a los grupos sustituyentes en los hidrocarburos, los radicales alquilo siempre conservan el nombre del hidrocarburo saturado que les da origen. Se nombran añadiendo el sufijo-ilo a la raiz que indica el número de carbono del grupo sustituyente.
3.3.2 Alquenos
Los alquenos forman una serie de hidrocarburos que, al igual que los cicloalcanos, presentan la deficiencia de dos hidrógenos en su estructura, a pesar de poseer cadena abierta. Los alquenos o compuestos insaturados (presentan dobles enlaces) tienen la formula general: CnH2n
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Nomenclatura
El nombre de un alqueno se obtiene de las siguientes reglas:
1. Se elige como estructura principal la cadena mas larga que contenga el doble enlace.
2. Se enumera los átomos de la cadena principal de tal forma que a los átomos de carbono de los dobles enlaces les correspondan los átomos más bajos posibles.
3. se nombra la base de la estructura principal, cambiando la terminación ano, por eno.
4. si en la molécula hay más de un doble enlace.
5. para indicar la posición de los dobles enlaces, se escribe el número del átomo de carbono en el cual inicia.
6. Se nombra los sustituyentes y sus puntos de unión en la cadena principal, como en los alcanos.
Los primeros cuatro miembros de los alquenos lineales son los siguientes.
Eteno C2H4 H2C=CH2
Propeno C3H6 CH3-CH=CH2
Butano C4H8 CH3-CH=CH-CH3 ó H2C=CH-CH2-CH3
Centeno C5H10 CH3-CH=CH-CH2CH3 ó CH2=CH-CH2-CH2-CH3
Alquenos cíclicos
Los alquenos cíclicos se denominan cicloalquenos, el enlace alquenico siempre se asignara al carbono numero uno, y este podrá omitirse en el nombre del compuesto.
3.3.3 Alquino
Los alquinos o acetilenos son hidrocarburos con uno o mas triples enlaces en s estructura, se conoce como acetilenos porque toman el nombre del hidrocarburo más sencillote su serie.
INFRA es el principal productor, en México, de acetileno, el 65% de este gas se utiliza en procesos de corte y soldadura.
3.3.4 Hidrocarburos aromáticos (benceno)
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Los hidrocarburos aromáticos son nombrados así porque muchos de ellos despiden fuertes aromas, además de poseer propiedades químicas muy especiales, la palabra aromática para estos compuestos no significa que todos presenten aroma, sino que tienen comportamiento de resonancia.
El tolueno es la materia prima a partir de la cual se obtienen derivados del benceno, medicamentos, colorantes, perfumes, y detergentes.
3.4 Grupos funcionales
El grupo funcional es el átomo o grupos de átomos que define la estructura de una familia especifica de compuestos orgánicos.
3.4.1 Alcohol
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Los alcoholes se clasifican en primarios, secundarios y terciarios, según la función esta unida a un carbono primario, secundario o terciario.
Los alcoholes pueden nombrarse de tres maneras:
La nomenclatura elige como estructura principal cadena más larga en la que se encuentra el grupo hidróxido, comienza la numeración de la cadena por el extremo mas cercano a dicho grupo; sustituye la terminación ano del hidrocarburo por la terminación ol y especifica la posición del hidroxilo mediante el numero correspondiente.
Busque la cadena (o secuencia de carbonos) más larga que contenga el grupo hidroxilo. Enumere los carbonos de tal forma que el carbono al cual está unido el –OH le corresponda el número más pequeño posible. Dé el nombre, indicando los sustituyentes y el -OH con el número que les corresponda.Ejemplos:
3-Hexanol
Veamos estos otros ejemplos:
2-Propanol 1-Propanol
isopropanol o alcohol isopropílico)
CLASIFICACION DE ALCOHOLES COMO PRIMARIOS, SECUNDARIOS O TERCIARIOS
Los alcoholes se clasifican como primarios, secundarios o terciarios dependiendo de la cantidad de carbonos que están unidos directamente al carbono que tiene el -OH; si el carbono del –OH está unido a sólo un carbono, entonces el alcohol es primario; si está unido a dos carbonos, entonces es secundario y si está unido a otros tres carbonos, entonces decimos que el alcohol es terciario
Veamos los ejemplos siguientes:
1-Propanol
2-Propanol
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Alcohol terc-butílico
(También podría llamarse 2-Metil-2-propanol)
OTROS EJEMPLOS
2-Metil-4-heptanol
3-Pentanol
3.4.2 Éteres
Los éteres son compuestos de formula general R – O –R, Ar – O - R y Ar – O – Ar, compuestos formados por dos grupos alquinos o arilo, unidos entre si por un átomo de oxigeno.Se nombran indicando los grupos alquilos o arilos unidos al oxígeno, seguidos por la palabra éter. Según la UIQPA se considera al grupo más sencillo unido al oxígeno como un sustituyente alcoxi, R-O-, y aroxi, Ar-O-
Se nombran interponiendo la partícula "-oxi-" entre los dos radicales, o más comunmente, nombrando los dos radicales por orden alfabético, seguidos de la palabra "éter".
MetoxietanoEtilmetiléter
Etoxieteno
Eteniletiléter
Etilviniléter
MetoxibencenoFenilmetiléter
1-isopropoxi-2-metilpropano
Isobutil
isopropiléter
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Bencilfeniléter
4-metoxi-2-penteno
3.4.3 Aldehídos
La nomenclatura de los aldehídos y las acetonas esta muy relacionada con la de los ácidos carboxílicos usados comúnmente en el sistema UIQPA, se hace lo siguiente:
a) Se selecciona la cadena mas larga que contiene al grupo – CHO.
b) Se denomina al compuesto remplazado la letra –o terminal de hidrocarburo por el sufijo –al.
c) El átomo de carbono del grupo es asignado con el numero 1, los sustituyentes que existan en la cadena se nombra de manera habitual.
Se caracterizan por tener un grupo "carbonilo" C=O, en un carbono primario. Sus nombres provienen de los hidrocarburos de los que proceden, pero con la terminación "-al". Si hay dos grupos aldehídos se utiliza el termino "-dial"; pero si son tres o más grupos aldehídos, o éste no actúa como grupo principal, se utiliza el prefijo "formil-" para nombrar los grupos laterales.
Etanal Butanal
3-butenal 3-fenil-4-pentinal
Butanodial 4,4-dimetil-2-hexinodial
3.4.4 Cetonas
Para nombrar las cetonas tenemos dos alternativas:
1. El nombre del hidrocarburo del que procede terminado en -ona .Como sustituyente debe emplearse el prefijo oxo-.
2. Citar los dos radicales que están unidos al grupo carbonilo por orden alfabético y a continuación la palabra cetona.
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Compuestos importantes de los aldehídos y las acetonas
El formaldehído en solución al 40%, llamado formalina o formol, se emplea como desinfectante y curtiente de proteínas, formando productos de gran resistencia química y física.
3.4.5 Ácidos carboxílicos y derivados
Los ácidos carboxílicos son compuestos que contienen en su estructura al grupo carboxilo, los ácidos carboxílicos se conocen desde hace varios años por las características que presentan: por tal razón se les identifica por sus nombres comunes que reflejan su origen o fuente de obtención natural. Así tenemos al ácido fórmico; aislado de las hormigas (del latín formica, hormiga); al acético (del latín acetum, vinagre); al propiónico (del griego propios, primero), por ser el primero de la serie con aspecto aceitoso; al butírico (del latín butyrum, mantequilla); al caproico, caprílico y capricho (del latin capra, cabra), al encontrarse en la grasa de las cabras.
El nombre de la UIQPA se remplaza la o final del nombre del alcano correspondiente por la terminación oico; el nombre resultante va siempre precedido de la palabra ácido. Los sustituyentes se numeran de forma usual y el carbono del grupo carboxi siempre será el número 1.
Se caracterizan por tener el grupo "carboxilo" -COOH en el extremo de la cadena. Se nombran anteponiendo la palabra "ácido" al nombre del hidrocarburo del que proceden y con la terminación "-oico". Son numerosos los ácidos dicarboxílicos, que se nombran con la terminación "-dioico", pero frecuentemente se sigue utilizando el nombre tradicional, aceptado por la IUPAC.
Cuando los grupos carboxílicos se encuentran en las cadenas laterales, se nombran utilizando el prefijo "carboxi-" y con un número localizador de esa función. Aunque en el caso de que haya muchos grupos ácidos también se puede nombrar el compuesto posponiendo la palabra "tricarboxílicos", "tetracarboxílicos", etc., al hidrocarburo del que proceden.
ác. metanoico(ác. fórmico)
ác. etanoico(ác. acético)
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ác. propenoico
ác. benceno-
carboxílico
(ác. benzoico)
ác. propanodioico(ác. malónico)
1,1,3-propano-tricarboxílico
3.4.6 Esteres carboxílicosLos esteres se forman por la reacción de los ácidos carboxílicos con los alcoholes, en la reacción se eliminan moléculas de agua, mientras los ácidos carboxílicos tienen olores desagradables, esteres son de olores agradables: se asemejan a los aromas de las frutas.
Propionato de etilo CH3 - CH2 – C – O – CH2 – CH3
Formiato de etilo H – C – O – CH2 – CH 3
Se forma con los nombres de los ácidos carboxilicos, que cambian la terminación ico por ato, seguida de los nombres de los grupos alquilo o arilo que contengan, es decir, se escribe la raíz del nombre del ácido del cual procede, pro ejemplo, acet si vienen del acético, seguida de la terminación ato.
3.4.7 Amidas
Las amidas son derivados de los ácidos carboxílicos, en ella el grupo OH del ácido esta sustituido por un átomo de nitrógeno, este átomo puede llevar como sustituyentes grupos alquinos.
Se nombran sustituyendo la terminación ioco o ico, del ácido del cual deriva, por el sufijo amida. Al igual que las amidas, si el átomo de nitrógeno tiene sustituyentes alquilo o arilos, se nombra colocando una N mayúscula antes del sustituyente.
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3.4.8 Aminas
Se llaman aminas los derivados hidrocarburados del amoniaco. Según se sustituyan uno, dos o los tres átomos de hidrogeno del amoniaco por radicales alquilicos o arílicos, se clasifican en primarios, secundarios o terciarios.En la nomenclatura de las aminas primarias se emplea la terminación amina con el nombre del grupo alquilo R. A las secundarias o terciarias, en las cuales todos los grupos alquilo son iguales, se les nombra anteponiendo el prefijo di o tri al nombre del alquilo. Los nombres de las aminas están formados por una sola palabra.
Se pueden considerar compuestos derivados del amoníaco (NH3) al sustituir uno, dos o tres de sus hidrógenos por radicales alquílicos o aromáticos. Según el número de hidrógenos que se substituyan se denominan aminas primarias, secundarias o terciarias.
Se nombran añadiendo al nombre del radical hidrocarbonado el sufijo "-amina".
metilamina
En las aminas secundarias y terciarias, si un radical se repite se utilizan los prefijos "di-" o "tri-", aunque, frecuentemente, y para evitar confusiones, se escoge el radical mayor y los demás se nombran anteponiendo una N para indicar que están unidos al átomo de nitrógeno.
N-etil-N-metil-propilamina
Cuando las aminas primarias no forman parte de la cadena principal se nombran como substituyentes de la cadena carbonada con su correspondiente número localizador y el prefijo "amino-".
ácido 2-aminopropanoico
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Cuando varios N formen parte de la cadena principal se nombran con el vocablo aza.
2,4,6-tetraazaheptano
3.4.9 Halogenuros de alquilo
Los halogenuros de alquilo tienen la fórmula general RX, donde R representa un grupo alquilo o alquilo sustituido.
R-X Clasificamos un átomo de carbono como primario, secundario o terciario, según el número de otros átomos de carbonos unidos a él Se clasifica un halogenuro de alquilo de acuerdo con el tipo de carbono que sea portador del halógeno: Como miembros de la misma familia, con el mismo funcional, los halogenuros de alquilo de las diversas clases tienden a dar el mismo tipo de reacciones. Sin embargo, difieren en la velocidad de reacción, y estas divergencias pueden originar otras diferencias, más profundas.Pueden darse dos tipos de nombres a los halogenuros de alquilo: nombres comunes (para los más sencillos), y nombres IUPAC, con los que el compuesto sencillamente se denomina como un alcano con un halógeno unido en forma de cadena lateral. Ejemplos: Ha de tenerse en cuenta que nombres similares no siempre significan igual clasificación: cloruro de isopropilo, por ejemplo, es un cloruro secundario, mientras que cloruro de isobutilo es primario.
Los derivados halogenados se pueden nombrar de dos formas distintas:a) Halogenuros de los grupos alquilos.b) Considera la función halogenada como sustituyente.
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C
H
H
XR C
R
R X
H
C
R
R
R
X
Primario (1º)
Secundario (2º)
Terciario (3º)
CH3CH2CH2CH2Br CH3CHCH3
CI
CH3CHCH2CI
CH3
Bromuro de n-butilo1-Bromobutano (1º)
Cloruro de isopropilo2-Cloropropano (2º)
Cloruro de isopropilo1-Cloro-2-metilpropano (1º)
CH3CH2 C
CH3
CH3
I
CH3CH2CHCHCH3
CH3
CICH3CH2CCH2CHCH3
CH3 CH3
BrYoduro de t-pentilo2-Yodo-2-metilbutano (3º)
3-Cloro-2-metilpentano (2º)
4-Bromo-2,4-dimetilhexano (3º)
Para nombrar correctamente una molécula que contiene grupos funcionales lo primero que hay que hacer es identificarlos:
Grupos funcionales más importantes
Clase Grupo funcional Ejemplo
alcanos ninguno CH3-CH3 Etano
alquenos CH3CH=CH2 Propeno
(homo) aromáticos
Tolueno
(hetero) aromáticos
3-Metilpiridina
alquinos CH3-CC-CH3 2-Butino
haluros de alquilo -halógeno CH3-CH2-Br
Bromuro de etilo
alcoholes fenoles -OH CH3-CH2-OH Etanol
Ph-OH Fenol
éteres -O- CH3-CH2-O-CH2-CH3 Dietiléter
aminas primarias -NH2
CH3-NH2 Metilamina
aminas secundarias -NH- (CH3)2NH
Dimetilamina
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aminas terciarias (CH3)3N Trimetilamina
tioles -SH CH3-CH2-SH Etiltiol
sulfuros -S- (CH3)2S Dimetilsulfuro
boranos (CH3)3B Trimetilborano
organometálicos -metal (Li, Mg, Al, etc.)
CH3Li Metillitio (CH3)2Mg Dimetilmagnesio
(CH3)3Al Trimetilalano
aldehídosEtanal
cetonasPropanona
aminas
Metilimina de la propanona
ácidos carboxílicos
Ácido acético
ésteresAcetato de etilo
amidasAcetamida
haluros de acilo anhídridos
Cloruro de acetilo Anhídrido acético
nitrilos -CN CH3CN Acetonitrilo
nitroderivados -NO2CH3NO2
Nitrometano
sulfonas -SO2- CH3SO2CH3 Dimetilsulfona
ácidos sulfónicos -SO2-OH CH3CH2CH2SO2OH Ácido propanosulfónico
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Una vez reconocidos los grupos funcionales que contiene una molécula hay que determinar cuál es la función principal, según el siguiente orden:
Orden de preferencia
1.- Ácidos (carboxílicos > sulfónicos) 2.- Derivados de ácidos (anhídridos > ésteres > haluros de acilo > amidas > nitrilos) 3.- Aldehídos > cetonas 4.- Alcoholes > fenoles > tioles 5.- Aminas 6.- Éteres > tioéteres 7.- Alquenos > alquinos
La función principal determina:
el nombre del compuesto la cadena carbonada principal, que debe ser la más larga posible que
contenga la función principal los números localizadores de los sustituyentes y funciones secundarias
Nomenclatura de los grupos funcionales más importantes
Clase Principal (P) Secundaria (S) Ejemplos
alcanos -ano -il- (P) metano (S) 2-metilpropano
alquenos -eno -enil- (P) eteno (S) etenilbenceno
(homo) aromáticos -eno -il- (P) benceno
(S) feniletano(hetero)
aromáticos - -il- (P) piridina (S) 2-piridilpiridina
alquinos -ino -inil- (P) etino (S) etinilbenceno
haluros de alquilo
fluoruro de, cloruro de,
bromuro de, ioduro de
fluor, cloro, bromo, iodo
(P)cloruro de etilo (S) 2-cloropropano
alcoholes, fenoles -ol -hidroxi- (P) etanol
(S) 4-hidroxipiridina
éteres éter -oxi-, -oxa-(P) dietil éter
(S) metoxibenceno (S)oxaciclopropano
aminas primarias -amina -amino- (P) etilamina
(S) 2-aminoetanolaminas -amina (P) dietilamina
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secundarias (S) 2-dimetilaminoetanolaminas
terciarias -amina -alquilamino- (P) trietilamina (S) 2-trietilaminoetanol
tioles -tiol -mercaptano -mercapto
(P) metanotiol (P) metilmercaptano (S) 2-mercaptoetanol
sulfuros -sulfuro -alquiltio- (P) dietilsulfuro (S) 2-metiltioetanol
aldehídos-al
aldehído -carbaldehído
-formil-
(P) etanal (P) aldehído etílico
(P) ciclohexano carbal- dehído
(S) ácido 4-formilbenzoico
cetonas -ona cetona
-alcanoil- -oxo-
(P) propanona (P) dimetilacetona
(S) ácido 2-etanoilbenzoico (S) ácido 3-oxobutanoico
ácidos carboxílicos ácido... -oico -carboxi- (P) ácido etanoico
ésteres -ato de -ilo -alcoxicarbonil- (P) acetato de etilo (S) ácido etoxicarbonilacético
amidas -amida -carbamoil-(P) etanamida
(S) ácido 3-carbamoilben- cenosulfónico
haluros de acilo haluro de -oílo -haloformil-
(P) cloruro de bezoílo (S) ácido 4-
haloformilciclohexanosulfónico
nitrilo -nitrilo -ciano- (P) etanonitrilo (S) 2-cianociclohexanol
nitroderivados -nitro- (S) 2-nitroetanol
sulfonas -sulfona -sulfonil- (P) dimetilsulfona (S) ácido metilsulfoniletanoico
ácidos sulfónicos ácido... -sulfónico (P) ácido metanosulfónico
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- 82 -
- 83 -
- 84 -
AUTOEVALUACIÓN
I.- A PARTIR DE SU FORMULA, NOMBRA LOS SIGUIENTES COMPUESTOS.
15. 16.
17. 18.
19. 20.
21.
22.
23. 24.
25. 26.
- 85 -
27.
HCN
28.
29. 30.
III.- DEPENDIENDO DE LO QUE SE TE PROPORCIONES, SI ES NOMBRE LA FORMULA Y ES FORMULA EL NOMBRE CONTESTA LAS SIGUIENTES.
1. CLOROETANO 2. METANAL
3. PROPENAL 4. 1-AMINO,2-BUTANONA
5. O-CLOROTOLUENO 6. ÁCIDO AMINOACÉTICO
7.N-ETILPROPILAMINA 8. ACETATO DE FENILO
9. 1-CLORO,2-METILCICLOBUTANO 10. N-METILACETAMIDA
11. 12.
13.
14.
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15.
16.
17. 18.
19. 20.
IV.-DE ACUERDO AL NOMBRE DEFINE LA FORMULA.
. 2-METILBUTANO 2. 4,4-DIMETIL-5-OCTEN-1-INO
3. 4-PENTENO-1,2,3-TRIOL 4. 2-METILCICLOPROPANOL
5. BUTANODIAL 6. 2-PENTENOATO DE ETILO
7. 3-BUTENAMIDA 8. N,N-DIMETILACETAMIDA
9. 4-ETIL,5-PROPILDECANO 10. 1,3-DICLOROCICLOPENTENO
11. ETIL-PROPILETER 12. 2-ETILCICLOPENTANONA
13. ÁCIDO BUTANODIOICO 14. 2-ETILBUTIRATO DE METILO
15. ETANODINITRILO 16. TRIMETILAMINA
17. ETER METÍLICO 18. 1,3,5-TRINITROTOLUENO
19. P-METILANILINA 20. ÁCIDO M-CLOROBENZOICO
21. ISOPROPIL 22. VINIL (ETENIL)
23. ANTRACENO 24. TRICLOROMETANO
25. 2-NITROPROPANOL 26. 1,2,3,PROPANOTRIOL
27. ACETALDEHÍDO 28. 1,3,5HEXATRIENO
29. FORMIATO DE TERCBUTILO 30. ÁCIDO 2-METOXIPENTANOICO
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UNIDAD IV
MACROMOLECULAS
OBJETIVO DE LA UNIDAD. El estudiante argumentará la importancia de las macromoléculas en los procesos vitales y el impacto en la sociedad actual, reconociendo la estructura química básica de las macromoléculas naturales, identificándolas como sustancias de importancia biológica y de las sintéticas describiendo los procesos de preparación mostrando una postura critica y responsable frente a su impacto social económico y ecológico.
PROPOSITOEn la química interaccionan un gran numero de moléculas de alto peso molecular, resultando con esto procesos biológicos muy importantes para el desarrollo de los organismos vivos en lo que se incluye el hombre.Los temas del estudio de esta unidad incluyen las principales macromoléculas naturales que intervienen en los diferentes metabolismo biológicos y algunos procesos vitales, por ejemplo, los carbohidratos, los lípidos y las proteínas; además de las macromoléculas sintéticas (polímeros) que tienen una enorme aplicación en las diversas actividades de la humanidad, y los impactos en las diversas actividades humanas, y los impactos que éstas provocan en la sociedad.
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METODOLOGÍA DIDACTICA
Para esta Unidad se ejecutara la lectura de comprensión del apunte, resolución de la autoevaluación que se encuentra al final de cada unidad, y la revisión del mapa conceptual el cual sirve como retroalimentación para el estudiante.
Unidad I Realizar una revisión bibliográfica de la Estructura y
clasificación de carbohidratos, lípidos y proteínas. Realizar un ensayo acerca del impacto social y ecológico del
uso de los polímeros. Analizar los problemas que se presentan en su comunidad
debido al uso de polímeros sintéticos, proponiendo un proyecto de alternativas de solución teniendo como base los conceptos de reciclado, reducción de consumo y reutilización de plásticos.
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UNIDAD IVMACROMOLECULAS
Son moléculas muy grandes, con una masa molecular que puede alcanzar millones de UMAs que se obtienen por la repeticiones de una o más unidades simples llamadas “monómeros” unidas entre sí mediante enlaces covalentes. Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas.
Se pueden clasificar según diversos criterios:
Según su origen.Según su origen.
Naturales: Caucho, polisacáridos (celulosa, almidón), proteínas, ácidos nucléicos…
Artificiales: Plásticos, fibras textiles sintéticas, poliuretano, baquelita…
Según su composición:Según su composición:
Homopolímeros: Un sólo monómero Copolímeros : Dos o más monómeros
Según su estructura:Según su estructura:
Lineales: Los monómeros se unen por dos sitios (cabeza y cola) Ramificados: Si algún monómero se puede unir por tres o más sitios.
Por su comportamiento ante el calor:Por su comportamiento ante el calor:
Termoplásticos: Se reblandecen al calentar y recuperan sus propiedades al enfriar. Se moldean en caliente de forma repetida.
Termoestables: Una vez moldeados en caliente, quedan rígidos al ser enfriados por formar nuevos enlaces y no pueden volver a ser moldeados.
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POLÍMEROS
NATURALES(Celulosa, almidón) SINTÉTICOS
PLÁSTICOS FIBRAS(naylon, tergal)
ELASTÓMEROS(neopreno)
TERMOPLÁSTICOS(polietileno)
TERMOESTABLES(baquelita)
4.1Importancia de las macromoléculas naturales
Nuestro organismo necesita de ciertos compuestos orgánicos para su adecuado funcionamiento. La ciencia que estudia esto es la bioquímica y se define como la ciencia que estudia la naturaleza y el comportamiento químico de la materia viva. Esta ciencia nos explica el comportamiento de los carbohidratos, las grasas, y las proteínas en los procesos metabólicos. También explica la función de las vitaminas y las enzimas.
La importancia de las macromoléculas en el cuerpo humano es vital debido a que gracias a ellas el organismo realiza una gran cantidad de funciones para su desarrollo y supervivencia, las macromoléculas naturales son: los polisacáridos, las proteínas, los ácidos nucleicos y los lípidos.
4.1.1 Carbohidratos
Los carbohidratos son biomoléculas constituidas por carbono, hidrogeno y oxigeno, estos son los compuestos comúnmente conocidos como azucares, que se representan en general por la formula.
Actualmente se definen los carbohidratos como derivados de polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas. Un azúcar que contiene un grupo aldehídico se llama aldosa y uno que contiene un grupo cetonico se llama cetosa.
Los carbohidratos se conocen también como glucidos o hidratos de carbono. Se clasifican en monosacáridos, disacáridos, polisacáridos y mucopolisacaridos. Los azucares o sacáridos son compuestos sólidos cristalinos, que presentan sabor dulce.
Monosacáridos
Los monosacáridos se pueden clasificar, dependiendo del número de átomos de carbono que tengan en cada molécula. Estos compuestos se dividen en aldosas o cetosas, según posean un grupo aldehído o cetona.
La glucosa es una aldohexosa y el monosacárido más importante, ya que es la unidad constituyente del almidón, la celulosa, el glicógeno y de muchos otros compuestos orgánicos.
• Glúcidos más sencillos: Fructosa, galactosa• Ribosa, desoxirribosa (n=5) Parte de la estructura de los ácidos
nucleicos• Glucosa, libre o unida a glúcidos más complejos, lípidos (glucolípidos) o
proteínas (glucoproteínas), es el glúcido principal del metabolismo de los
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(CH2O)n
organismos, es la principal fuente de energía (fotosíntesis, glucolisis, respiración celular
Si los azucares tienen en su penúltimo carbono la configuración opuesta, se dice que son de la serie L, así que todas las estructuras de la serie D aldosas tendrán sus enantiomeros que serán de la serie L, teniendo en total 16 esteroisomeros.
Disacáridos
La sacarosa o azúcar de mesa es una combinación de glucosa y fructuosa que se da de forma natural, tanto en la remolacha, la caña de azúcar y el sorgo, como en las frutas y en algunos vegetales.
La lactosa se obtiene a partir del suero de la leche de los mamíferos.
La maltosa es el disacárido que se obtiene del almidón y de la malta, por la reacción de hidrólisis de estos polisacáridos.
La trehalosa es el azúcar que se encuentra en hongos y en las setas, posee uso potencial en conservas alimenticias, comidas envasadas, alimentos congelados, medicamentos y productos cosméticos.
Polisacáridos
Los polisacáridos son azucares de alto peso molecular que contiene un gran numero de unidades monosacáridos.
El almidón se encuentra en casi todas las plantas, principalmente en las semillas que pueden contener hasta 75% de almidón y en las raíces hasta 30%. Esta Solución esta formada de una parte soluble llamada amilasa.
La celulosa es un polisacárido blanco, amorfo, resistente casi a todos los disolventes, ya que es insoluble en agua y constituye el armazón de las membranas celulares de todas las plantas.
Glucógeno aparece distribuido en el protoplasma de las células, y se localiza en mayor cantidad en el hígado (sintetizado a partir de la glucosa) y en los músculos, asociado con las proteínas; también es el material de reserva energética de los animales.
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Almidón Celulosa
4.1.2 Lípidos
Los lípidos constituyen una de las tres clases principales de productos alimenticios, son compuestos naturales que se encuentran en las plantas (aceites y ceras) y animales (aceites y grasas).
Químicamente los lípidos están formados por cinco elementos principales: carbono, hidrogeno, oxigeno y, a veces, nitrógeno y fósforo.
Las grasas y los aceites son mezclas de esteres de ácidos grasosos, por eso se denominan glicéridos, en donde una parte de la molécula es glicerol y la otra son ácidos grasos unidos a este.
Los aceites vegetales se pueden hidrogenar metiendo hidrogeno a las instauraciones de la cadena para saturarlo y volverlo mas sólido.
Las grasas son compuestos biológicos que por reacciones bioquímicas desprenden gran cantidad de energía que es utilizada por los organismos para el cumplimiento de sus funciones.
Las grasas proporcionan energía, son fundamentales para la formación de lagunas hormonas y mantienen la actividad del sistema nervioso. El consumo excesivo de estas sustancias produce obesidad. Los lípidos o grasas se presentan en dos procesos químicos importantes: la hidrólisis y la saponificación. En la hidrólisis se obtiene glicerina y acido graso en presencia de algún catalizador y agua.
La hidrólisis es el proceso que consiste en agregar agua en un ester para obtener un acido mas un alcohol. La saponificación es el proceso mediante el cual reaccionan las grasas con la sosa o hidróxido de sodio. (NaOH) para obtener jabones que se definen como sales metálicas de ácidos grasos.
4.1.3 Proteínas
Las proteínas ocupan el papel principal en estos procesos biológicos y constituyen los compuestos más abundantes e importantes de los animales. Las proteínas son polímetros de grandes pesos moleculares formados por unidades de aminoácidos.
Si las proteínas de un alimento suministra suficientes aminoácidos esenciales, entonces se llama proteína completa, si no los suministra se denomina proteína incompleta.
Clasificación de las proteínas
a) Proteína fibrosa.- Queratina, colágeno, elastina.b) Proteínas globulares.- Enzimas, anticuerpos, hormonas.c) Sencillas y conjugadas.- Albumina, prolamina, globulina.
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Estructura de las proteínas
La estructura de una proteína no solo depende del conocimiento de los aminoácidos que la integran, sino también del tipo de enlace en su distribución, del plegamiento que realizan ocasionado por las atracciones electrostáticas entre los grupos ácidos y aminos de los puentes hidrogeno y de las interacciones.
Las proteínas son polímeros de elevado peso molecular de un grupo de monómeros de bajo peso molecular llamados aminoácidos. Estas sustancias contienen dos grupos funcionales: Amino (NH2) y carboxilo (COOH).
Las proteínas forman parte estructural de músculos, sangre, enzimas, piel, arterias, huesos, hormonas, pelo, uñas, plumas, cuernos, etc., de los animales y de los seres humanos. También se encuentran en los órganos de plantas y microorganismos. Todas las proteínas son importantes por su carácter indispensable en múltiples funciones vitales. Se clasifican para su estudio en:
a) Estructura primaria: La secuencia de aminoácidos en una cadena de polipéptidos determina su estructura primaria. Esta secuencia, se especifica por la información genética.
b) Estructura secundaria: La estructura secundaria de las proteínas implica que las cadenas se pliegan y forman una hélice u otra estructura regular. Esta uniformidad se debe a las interacciones entre los átomos del esqueleto regular de la cadena peptídica.
c) Estructura terciaria: La estructura
terciana de una molécula de proteína está determinada por la forma que adopta cada cadena polipeptídica.
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d) Estructura cuaternaria: Las proteínas compuestas de dos o más cadenas de polipéptidos adquieren una estructura cuaternaria: cada cadena muestra estructuras primaria, secundaria y terciaria y forma una molécula proteínica biológicamente activa.
Funciones de las proteínas
Gracias a su gran hetereogeneidad estructural, las proteínas asumen funciones muy variadas. Describir las funciones de las proteínas equivale a describir en términos moleculares todos los fenómenos biológicos. Podemos destacar las siguientes:· Función enzimática. La gran mayoría de las reacciones metabólicas tienen lugar gracias a la presencia de un catalizador de naturaleza proteica específico para cada reacción. Estos biocatalizadores reciben el nombre de enzimas. La gran mayoría de las proteínas son enzimas.· Función hormonal. Las hormonas son sustancias producidas por una célula y que una vez secretadas ejercen su acción sobre otras células dotadas de un receptor adecuado. Algunas hormonas son de naturaleza proteica, como la insulina y el glucagón (que regulan los niveles de glucosa en sangre) o las hormonas segregadas por la hipófisis como la hormona del crecimiento, o la calcitonina (que regula el metabolismo del calcio).· Reconocimiento de señales químicas. La superficie celular alberga un gran número de proteínas encargadas del reconocimiento de señales químicas de muy diverso tipo (figura de la izquierda). Existen receptores hormonales, de neurotransmisores, de anticuerpos, de virus, de bacterias, etc. En muchos casos, los ligandos que reconoce el receptor (hormonas y neurotransmisores) son, a su vez, de naturaleza proteica.· Función de transporte. En los seres vivos son esenciales los fenómenos de transporte, bien para llevar una molécula hidrofóbica a través de un medio acuoso (transporte de oxígeno o lípidos a través de la sangre) o bien para transportar moléculas polares a través de barreras hidrofóbicas (transporte a través de la membrana plasmática). Los transportadores biológicos son siempre proteínas. · Función estructural. Las células poseen un citoesqueleto de naturaleza proteica que constituye un armazón alrededor del cual se organizan todos sus componentes, y que dirige fenómenos tan importantes como el transporte
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intracelular o la división celular. En los tejidos de sostén (conjuntivo, óseo, cartilaginoso) de los vertebrados, las fibras de colágeno forman parte importante de la matriz extracelular y son las encargadas de conferir resistencia mecánica tanto a la tracción como a la compresión· Función de defensa. La propiedad fundamental de los mecanismos de defensa es la de discriminar lo propio de lo extraño. En bacterias, una serie de proteínas llamadas endonucleasas de restricción se encargan de identificar y destruir aquellas moléculas de DNA que no identifica como propias (en color blanco en la figura de la derecha). En los vertebrados superiores, las inmunoglobulinas se encargan de reconocer moléculas u organismos extraños y se unen a ellos para facilitar su destrucción por las células del sistema inmunitario · Función de movimiento. Todas las funciones de motilidad de los seres vivos están relacionadas con las proteínas. Así, la contracción del músculo resulta de la interacción entre dos proteínas, la actina y la miosina. El movimiento de la célula mediante cilios y flagelos está relacionado con las proteínas que forman los microtúbulos· Funciones de reserva. La ovoalbúmina de la clara de huevo, la lactoalbúmina de la leche, la gliadina del grano de trigo y la hordeína de la cebada, constituyen una reserva de aminoácidos para el futuro desarrollo del embrión.· Funciones reguladoras. Muchas proteínas se unen al DNA y de esta forma controlan la transcripción génica. De esta forma el organismo se asegura de que la célula, en todo momento, tenga todas las proteínas necesarias para desempeñar normalmente sus funciones. Las distintas fases del ciclo celular son el resultado de un complejo mecanismo de regulación desempeñado por proteínas como la ciclina· Otras funciones. Los fenómenos de transducción (cambio en la naturaleza físico-química de señales) están mediados por proteínas. Así, durante el proceso de la visión, la rodopsina de la retina convierte (o mejor dicho, transduce) un fotón luminoso (una señal física) en un impulso nervioso (una señal eléctrica) y un receptor hormonal convierte una señal química (una hormona) en una serie de modificaciones en el estado funcional de la célula.
4.2 Macromoléculas sintéticas
Hasta ahora, los conceptos y las explicaciones se han enfocado principalmente en las moléculas de peso molecular bajo; no obstante, en la naturaleza se encuentran muchas sustancias de peso molecular muy elevado, que llegan hasta millones de uma. El almidón y la celulosa abundan en las plantas; las proteínas y los ácidos nucleicos se encuentran tanto en las plantas como en los animales. La mayor parte de los materiales derivados de los polímeros se obtienen del petróleo. Como este no es renovable, la dependencia de los polímeros es otra buena razón para no despilfarrar su limitado caudal mundial.
Debido a su gran tamaño, los polímeros con frecuencia se denominan macromoléculas. Algunos polímeros sintéticos se les llaman plásticos. La palabra plástico quiere decir capaz de ser moldeada. Aunque no todos los polímeros son moldeables ni se pueden remoldear, la palabra plástico se ha utilizado para designar cualquier sustancia derivada de polímeros. El ejemplo
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mas sencillo de una reacción de polimerización es la formación de polietileno a partir de moléculas de eteno o etileno. En la reacción de polimerización el doble enlace de cada molécula de etileno se abre para formar nuevos y sencillos enlaces de carbono-carbono con otras dos moléculas de etileno.
Los polímetros son grandes moléculas que se constituyen a partir de la unión en una cadena de un gran número de pequeñas moléculas llamadas monómeras.
MONÓMERO POLÍMERO
Relación monómero-polímero
Para su estudio los polímeros se dividen en dos: de adición y de condensación.
4.2.1 Polímetros de adición
Los polímeros de adición son aquellos producidos por reacciones que permiten obtener longitudes específicas o determinadas. En estas reacciones no se obtiene ningún subproducto. Los polímeros de adición se forman por algún tipo de mecanismo en cadena, el cual puede ser: aniónico, cationico o radicales libres; según el tipo de monómero utilizado. Cubriendo en cada caso las tres etapas por las que pasan cualquier polimerización: iniciación, propagación y terminación.
Entre los polímetros de adición se encuentra el polietileno, el polipropileno, el cloruro de polivinilo, el poliestireno, el etanoato de polivinilo y el politetrafluoroetileno.
El polietileno es una molécula de cadena larga de átomos de carbono, la cual tiene dos átomos de hidrogeno unidos a cada carbono. Con este se fabrican bolsas de almacén, los frascos de champú, los juguetes e incluso chalecos a pruebas de balas.
MONÓMERO POLÍMERO USOS PRINCIPALES
CH2=CH2 –CH2–CH2–CH2–CH2– Bolsas, botellas, juguetes...eteno (etileno) polietileno
CH2=CH–CH3 –CH2–CH–CH2–CH– Películas, útiles de cocina,
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| | aislante eléctrico... CH3 CH3
propeno (propileno) polipropileno
CH2=CHCl –CH2–CHCl–CH2–CHCl– Ventanas, sillas, aislantes.cloroeteno (cloruro de vinilo) policloruro de vinilo
CH2=CH –CH2–CH–CH2–CH– Juguetes, embalajes
aislante térmico y acústico. fenileteno (estireno) poliestireno
CF2=CF2 –CF2–CF2–CF2–CF2– Antiadherente, aislante...tetraflúoreteno PTFE (teflón)
CH2=CCl–CH=CH2 –CH2–CCl=CH–CH2– Aislante térmico, neumáticos2-clorobutadieno cloropreno o neopreno
CH2=CH–CN –CH2–CH–CH2–CH– Tapicerías, alfombras, tejidospropenonitrilo | | (acrilonitrilo) CN CN poliacrilonitrilo
CH3 CH3 CH3
| | | Muebles, lentes y equiposCH2=C–COOCH3 –CH2–C—CH2—C— ópticosmetil-propenoato de metilo | |(metacrilato de metilo) COOCH3 COOCH3 PMM (plexiglás)
El polipropileno es el polímero más común en nuestros días. Esta formado por unidades de metiletileno y puede encontrarse como plástico (envases de alimentos) y como fibra (alfombras y costales).
El Poliestireno es una larga cadena hidrocarbonada, con un grupo fenilo unido cada dos átomos de carbono. Se utiliza para fabricar la cubierta exterior de la computadora, las maquetas de autos y aviones, las tazas plásticas transparentes, así como partes de los interiores de autos, botones, juguetes y la secadora de cabello. También en forma de espuma como envoltorios y aislante.
El politetrafluoroetileno se utiliza en el recubrimiento plástico de sartenes y utensilios de cocina (teflón) y para fabricar piezas artificiales del cuerpo.
4.2.2 Polímetros de condensación
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En una reacción de polimerización por condensación se unen dos moléculas y una pequeña molécula, ya sea de agua o de alcohol, se suprime o elimina. Para que una polimerización de condensación forme materiales de peso molecular muy elevada, la reacción de condensación debe tener lugar una y otra vez de manera repetida. En consecuencia, los monómeros utilizados en este tipo de polimerización tienen dos o más grupos funcionales que pueden entrar en reacción para formar la cadena de polímeros. La reacción de esterificacion y formación de amidas son de este tipo.
No todas las moléculas poliméricas se forman por reacciones de adición; polímeros como las proteínas, el almidón, la célula, el nylon y el poliéster se obtienen a partir de monómeros. Sin embargo a diferencia de los polímeros de adición, estos otros se forman con perdida de moléculas de agua de unidades de monómeros adyacentes.
En la polimerización por condensación, los monómeros se unen con la eliminación simultánea de átomos o grupos de átomos, el nylon es uno de los polímetros más comunes usados como fibra, se llama nylon 6.6 porque cada unidad repetitiva de la cadena polimétrica tiene dos extensiones de átomos de carbono.
El nylon es uno de los polímeros más conocidos usados como fibra (medias, cuerdas, paracaídas, cepillos de dientes, fabricación de ropa interior, ropa deportiva, mochilas, etc.).
Los poliuretanos son los polímeros mejor conocidos para hacer espuma, una silla tapizada; pueden ser elastómeros, pinturas, fibras y adhesivos.
La síntesis de los poliuretanos se empieza utilizando dimetil tereftalato, este se hace reaccionar como etilénglicol a través de una reacción llamada transesterificacion.
Los poliésteres son los polímeros en forma de fibra y plásticos que fueron utilizados en los años 70 para confeccionar toda la ropa de bailables.
El dacrón es un poliéster y es la fibra sintética de mayor uso para la fabricación de telas.
Polietilenglicol.Polietilenglicol.
Suele producirse por la pérdida de una molécula de agua entre 2 grupos (OH) formándose puentes de oxígeno:
Siliconas.Siliconas.
Proceden de monómeros del tipo R2Si(OH)2
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CH2OH–CH2OH etanodiol (etilenglicol) CH2OH–CH2–O–CH2–CH2OH + H2O ...–O–CH2–CH2–O–CH2–CH2–O... (polietilenglicol)
Se utiliza para sellar juntas debido a su carácter hidrofóbico.
Baquelita.Baquelita.
Se obtiene por copolimerización entre el fenol y el metanal (formaldehído). Se forman cadenas que se unen entre sí debido al grupo hidroximetil en posición “para”.
Se utiliza como cubierta en diferentes electrodomésticos, como televisores...
Poliésteres.Poliésteres.
Se producen por sucesivas reacciones de esterificación (alcohol y ácido).
Forman tejidos, de los cuales el más conocido es el “tergal” formado por ácido tereftálico (ácido p-benceno-dicarboxilico) y el etilenglicol (etanodiol):
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Poliamidas.Poliamidas.
Se producen por sucesivas reacciones entre el grupo ácido y el amino con formación de amidas.
Forman fibras muy resistentes. La poliamida más conocida es el nailon 6,6 formado por la copolimerización del ácido adípico (ácido hexanodioico) y la 1,6-hexanodiamina:
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HOOC –COOH + HOCH2–CH2OH –OC –COO–CH2–CH2–O– + H2O
HOOC–(CH2)4–COOH + H2N–(CH2)6–NH2 –OC–(CH2)4–CO–NH–(CH2)6 –NH– + H2O
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- 103 -
AUTOEVALUACIÓN
I. Escribe dentro del paréntesis el tipo de estructura a que corresponda.
II. Anota dentro del paréntesis a qué grupo de compuestos pertenecen los siguiente compuestos
III. Completa el siguiente cuadro marcando con una X donde figuran los principales componentes de los siguientes alimentos.
- 104 -
IV. Observa las siguientes estructuras, escribe sobre la línea a qué tipo de compuesto pertenecen si son: aminoácidos, monosacáridos o lípidos.
V. Escribe en el paréntesis la letra que corresponda, indicando si son polímeros por condensación o polímeros por adición.
VI. Escribe dentro del paréntesis la letra que corresponda a la respuesta correcta dentro de cada enunciado.
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RESPUESTAS AUTOEVALUACIONES
UNIDAD II II III
UNIDAD III II III
UNIDAD III:I.-15. 4-etil-1-etenilbenceno 16. 1-metil-2-(1'-metiletil)benceno17. 4-(2'-propenil)-1,2-dihidroxibenceno 18. m-yodofenol19. Feniletiléter 20. Benzoato de etilo21. 1,6-difenil-2,5-hexanodiona 22. Difenilamina23. Benzamida 24. Trinitrotolueno (1-metil-2,4,6-
trinitrobenceno)25. 0-nitrotolueno 26. Ácido 2-metil-2-amina-fenilpropanoico27. 2,3-dimetilanilina (1,2-dimetil-3-aminobenceno)
28. Ácido cianhídrico ó cianuro de hidrógeno.
- 106 -
29. Cloroacetamida 30. Ácido 2,3-dioxobutanodioico (Ácido dioxosuccínico).
II.- 1.
2.
3. 4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11. BUTANO 12. ETANOL
13. ÁCIDO PROPIÓNICO 14. ÉTER ETÍLICO
15. PROPIONATO DE METILO 16. 2-HIDROXIPROPANAL
17. CH3 - CH2 - CONH2 18. ACETONA
19. 4,4-DIBROMOBUTANOL 20. NITROMETANO
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III-.-
1. 2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.14.
- 108 -
NC - CN
15.16.
17. 18.
19. 20.
21. 22.
23. 24.
25. 26.
27.
28.
29.
30.
UNIDAD IV
- 109 -
BIBLIOGRAFÍA
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BERISTAIN BONILLA, Bladimir “et al”. Química 2.- México: Nueva Imagen. Colección Innovación educativa. 2005
RAMIREZ REGALADO VICTOR M., Química II.- México: Publicaciones Cultural. Bachillerato General. Primera Edición, 2005
MORA GONZALEZ, V. M. Química 2.Bachillertao México, Ed. ST Editorial, primera edición, 2007.
DICKSON, T. R. Química. Enfoque ecológico. México, Limusa Noriega Editores, 1997.
GARRITZ, A. y otros. La Química en la sociedad. México, UNAM, Facultad de Química, 1994.
- 111 -
![Acc Microscopios[1]](https://img.pdfslide.tips/doc/110x75/54e28ac64a7959b1198b4863/acc-microscopios1.jpg)
