Cobac Química II

QUÍMICA II Guía de Estudio EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR M. c. Leonor Mireya Oppenheimer Pérez

“EDUCACIÓN DE CALIDAD PARA TODOS”

Colegio de Bachilleres de Coahuila Sistema de Enseñanza Abierta

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II

PRÓLOGO El Colegio de Bachilleres de Coahuila cumple con la misión que le fue asignada desde su fundación en el año de 2007; enfocada a impartir educación de calidad en el nivel Medio Superior, ofertando un servicio educativo en sus diferentes modalidades que permita el desarrollo integral de los estudiantes, con un enfoque humanista, propedéutico y de formación para el trabajo, fomentando los valores universales, las actividades académicas, deportivas, sociales y culturales y creando una conciencia analítica que le permita adoptar una actitud responsable ante la sociedad, consolidándose como una de las mejores opciones educativas del Estado.

En el Sistema de Enseñanza Abierta opción de educación mixta que ofrece una educación semipresencial, mediante los servicios de Asesores de Contenido y los materiales didácticos incluidos en sus guías pedagógicas; implementa la Reforma Integral de la Educación Media Superior (RIEMS) 2009 que contiene estrategias de enseñanza basadas en el aprendizaje con alumnos que trabajan a su propio ritmo, tienen su propio modo personal de demostrar sus conocimientos y mediante el desarrollo de competencias amplían sus habilidades y mejoran sus actitudes para que se movilicen de forma integral en contextos específicos.

Es un orgullo para el COBACH la implementación de la RIEMS con el desarrollo de 32 guías de Componente de Formación Básica; 24 guías del Componente de Formación Propedéutica y 13 del Componente de Formación para el Trabajo, realizadas en equipo por los Asesores del Contenido de los SEAS de Chihuahua y Cd. Juárez y la colaboración de Docentes de la Institución.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II ÍNDICE BLOQUE I APLICA LA NOCION DE MOL EN LA CUANTIFICACION DE PROCESOS QUIMICOS ACTIVIDAD PREVIA ACTIVIDAD DE ANÁLISIS ACTIVIDAD DE INDAGACIÓN NTRODUCCIÓN FACTORES ESTEQUIOMÉTRICOS MASA ATÓMICA MASA MOLECULAR MOL ACTIVIDAD DE APLICACIÓN LEYES ESTEQUIOMÉTRICAS LEYES PONDERALES DE LAS COMBINACIONES QUÍMICAS LEYES VOLUMÉTRICAS DE LAS COMBINACIONES QUÍMICAS ACTIVIDAD DE APLICACIÓN APLICACIÓN DE LAS LEYES ESTEQUIOMÉTRICAS COMPOSICIÓN PORCENTUAL FÓRMULA MÍNIMA Ó EMPÍRICA FÓRMULA MOLECULAR Ó VERDADERA BALANCEO DE ECUACIONES REACTIVO LIMITANTE RELACIONES ENTRE MOL, MASA Y VOLUMEN ACTIVIDAD DE APLICACIÓN ACTIVIDAD DE INTEGRACIÓN ACTIVIDAD DE RETROALIMENTACIÓN

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18 21 21 22 23 23 25 25 30 31 31 33 35 36 36 38 40 42 47 50 55 57 57

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II BLOQUE II ACTUA PARA DISMINUIR LA CONTAMINACION DEL AIRE, DEL AGUA Y DEL SUELO ACTIVIDAD PREVIA ACTIVIDAD DE INDAGACIÓN ACTIVIDAD DE ANÁLISIS INTRODUCCIÓN CONTAMINACIÓN CONTAMINACIÓN DEL AIRE CONTAMINANTES DEL AIRE PREVENCIÓN DE CONTAMINACIÓN DEL AIRE CONTAMINACIÓN DEL AGUA CONTAMINANTES DEL AGUA PREVENCIÓN DE CONTAMINACIÓN DEL AGUA CONTAMINACIÓN DEL SUELO CONTAMINANTES DEL SUELO PREVENCIÓN DE CONTAMINACIÓN DEL SUELO ACTIVIDAD DE APLICACIÓN ACTIVIDAD DE INTEGRACIÓN ACTIVIDAD DE RETROALIMENTACIÓN

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61 61 64 65 65 67 68 79 81 82 89 91 92 98 99 101 101

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II BLOQUE III COMPRENDE LA UTILIDAD DE LOS SISTEMAS DISPERSOS ACTIVIDAD PREVIA ACTIVIDAD DE INDAGACIÓN ACTIVIDAD DE ANÁLISIS INTRODUCCIÓN SISTEMAS MATERIALES SUSTANCIAS PURAS SISTEMAS DISPERSOS SOLUCIONES DISPERSIONES COLOIDALES DISPERSIONES FINAS DISPERSIONES GROSERAS ACTIVIDAD DE APLICACIÓN CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES DESCRIPCIONES CUALITATIVAS EN SOLUCIONES EXPRESIONES CUANTITATIVAS DE LAS CONCENTRACIONES CONCENTRACIONES FÍSICAS CONCENTRACIONES QUÍMICAS SOLUCIONES ÁCIDAS Y BÁSICAS SEPARACIÓN DE MEZCLAS ACTIVIDAD DE APLICACIÓN ACTIVIDAD DE INTEGRACIÓN ACTIVIDAD DE RETROALIMENTACIÓN

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105 105 108 109 109 111 111 113 114 116 116 117 120 120 121 121 124 126 132 136 139 140

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II BLOQUE IV VALORA LA IMPORTANCIA DE LOS COMPUESTOS DEL CARBONO EN SU ENTORNO ACTIVIDAD PREVIA ACTIVIDAD DE ANÁLISIS ACTIVIDAD DE INDAGACIÓN INTRODUCCIÓN EL ÁTOMO DE CARBONO CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA, HÍBRIDOS DEL CARBONO TIPOS DE FÓRMULAS ISOMERÍA TIPOS DE CADENAS ACTIVIDAD DE APLICACIÓN CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS HIDROCARBUROS ACTIVIDAD DE APLICACIÓN GRUPOS CON FUNCIONES ORGÁNICAS ACTIVIDAD DE APLICACIÓN ACTIVIDAD DE INDAGACION ACTIVIDAD DE RETROALIMENTACIÓN

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148 151 151 152 153 155 158 160 161 163 165 165 179 181 205 206 206

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II BLOQUE V IDENTIFICA LA IMPORTANCIA DE LAS MACROMOLECULAS NATURALES Y SINETICAS 212 219 219 220 221 221 226 229 235 237 238 239 240 242 242 241

ACTIVIDAD PREVIA ACTIVIDAD DE ANÁLISIS ACTIVIDAD DE INDAGACIÓN INTRODUCCIÓN POLÍMEROS NATURALES CARBOHIDRATOS LÍPIDOS PROTEÍNAS ÁCIDOS NUCLÉICOS POLÍMEROS SINTÉTICOS POLÍMEROS DE ADICIÓN POLÍMEROS DE CONDENSACIÓN ACTIVIDAD DE APLICACIÓN ACTIVIDAD DE INDAGACIÓN ACTIVIDAD DE RETROALIMENTACIÓN BIBLIOGRAFÍA

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PRESENTACIÓN “La Química es progreso”, así lo proclaman los expertos en este campo del conocimiento. Y en efecto, los avances en el estudio de la Química han contribuido al establecimiento, planeación y desarrollo de todas las empresas que satisfacen las demandas, que la cada vez más numerosa población del planeta exige en pro de su bienestar. En un sentido amplio esto puede parecer muy bueno, y lo es. Sin embargo, muchas veces este recorrido ha funcionado unilateralmente, es decir que en ese afán de sentirnos mejor y más cómodos, hemos perdido de vista que estamos inmersos en un entorno natural que funciona conforme a sus propias dinámicas, las cuáles no podemos, ni debemos dejar al margen, si es que queremos seguir subsistiendo. Nuestra evolución implica responsabilidad, porque, si al mismo tiempo que aprendemos y aplicamos el conocimiento propiciamos descontrol en el medio que nos rodea, entonces: ¿Qué estamos haciendo? Con esta Guía de Estudio que tienes en tus manos, se pretende que adquieras información acerca de cómo es que el ser humano ha desarrollado el conocimiento científico desde la perspectiva de la Química, mismo que le ha permitido conocer y mejorar la tecnología que le sustenta en su vida cotidiana. Después del estudio de cada Bloque tú podrás:     

Aplicar la noción de mol en la cuantificación de los procesos químicos. Actuar para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo. Comprender la utilidad de los sistemas dispersos. Valorar la importancia de los compuestos de carbono en tu entorno. Identifica la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas.

Cada uno de ellos ha sido conformado con el fin de que adquieras las herramientas necesarias para desarrollar las capacidades, habilidades de pensamiento, actitudes y valores que te permitan tomar decisiones que te ayuden a interrelacionarte de forma mas consiente con tu entorno.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II INTRODUCCIÓN La Guía de Estudio de la asignatura de QUÍMICA II está diseñada para abordar una selección de temas que se consideran importantes, en cuanto a que su aplicación va dirigida a la solución de problemáticas actuales, pero que también contribuyan a incrementar el acervo de cultura básico, que como todo estudiante de bachillerato debes tener. Este material que te servirá de apoyo para tu aprendizaje, cuenta con los lineamientos que han sido debidamente avalados por la Dirección General de Bachillerato de la Secretaría de Educación Pública. Te ofrece abordar cada uno de los contenidos temáticos a través de distintas actividades, que te permitirán desarrollar las competencias y habilidades que tienen que ver con tu formación durante tu estancia en el Sistema de Enseñanza Abierta del Colegio de Bachilleres del Estado de Coahuila. Esta Guía además, implica que las formas de trabajo propician la reflexión, la crítica, la creatividad, el fortalecimiento de tus valores y la corresponsabilidad en las acciones que contribuyen a la conservación del medio ambiente, a través de un proceso constante de autocomprensión, autoformación, autogestión y autodesarrollo, para que te permitan ser el protagonista de tu propia formación. Es importante recalcar, que al involucratre con los temas aquí abordados, notarás más fuerte el nexo con otras disciplinas. Esto es intencional, con el fin de que tu visión sea cada vez más globalizada, y con ello fomentar tu capacidad de realizar acciones propositivas de impacto general, en una sociedad creciente y de necesidades cada vez más complejas.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II EDUCACIÓN ABIERTA EN EL COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE COAHUILA Para hablar de la historia de la Educación a Distancia en México se hace necesario, antes que nada, precisar el significado de éste término. El Internacional Council of Distance Education en su doceava conferencia internacional celebrada en Vancouver, Canadá, adoptó dicho término en substitución del que le había dado origen en 1938: Educación por Correspondencia. Actualmente, se reconoce como un término genérico que engloba diversas modalidades educativas con características particulares radicalmente diferentes a las de la Educación Convencional, siendo la más representativa de todas, el hecho de que el aprendiz se forma por su cuenta, alejado la mayor parte del tiempo de la escuela. La Educación Convencional ha sido desde sus orígenes, cualitativamente distinta. Está diseñada para atender aprendices por grupos de edad y localización geográfica definida, en tiempos y lugares fijados de antemano, utilizando la pedagogía convencional. La escuela, tradicionalmente ha sido el lugar de encuentro entre docentes y aprendices, para llevar a cabo conjuntamente el proceso de enseñanza aprendizaje dentro de las aulas. La Educación a Distancia, fue creada para atender grupos específicos de personas que por razones muy diversas no pueden acudir a la escuela al encuentro permanente con los docentes, pero que quieren aprender en su tiempo libre. En la Educación a Distancia el aprendiz será cualquier persona en proceso de aprender (alumno, estudiante, participante, etc.). El docente, es la persona en proceso de enseñar (profesor, maestro, instructor, etc.), con el que se tiene muy poco o nulo contacto personal, o con el que se requiere asistir con determinada periodicidad. Mientras el modelo de Educación Convencional ha mostrado relativamente pocos cambios a lo largo de los años, dado que establece condiciones estables y fijas, la Educación a Distancia ha presentado gran cantidad de variantes en su manera de operar, las cuales giran alrededor de dos conceptos básicos relacionados: apertura y distanciamiento. La apertura se refiere al grado de eliminación de restricciones, tanto de ingreso como de permanencia. Permite al aprendiz avanzar a su propio ritmo de aprendizaje de acuerdo a su capacidad y disponibilidad de tiempo. El distanciamiento varía según la magnitud de la separación entre el centro de estudio y el lugar de residencia del aprendiz. Hay sistemas que operan en la

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II misma localidad de residencia del aprendiz, pero otros en los cuales están tan separados. Por las razones anteriores, la Educación Convencional y la Educación a Distancia han conformado una dicotomía dentro de la educación. Más que competir entre ellas han sido concebidas como complementarias. Se distinguen por ser de cierta manera opuestas, se habla de: educación escolarizada ó no escolarizada, presencial ó a distancia, formal ó no formal. Uno de los principales retos de las instituciones educativas en México, consiste en ampliar la oferta educativa para los jóvenes y adultos, así como extender oportunidades de educación a lo largo de la vida. Lo anterior implica que las instituciones educativas, sobre todo aquéllas que están asociadas a dicho objetivo, caminen en la misma frecuencia y de manera coordinada, creando sinergias y vías múltiples de acceso a la información. El Colegio de Bachilleres es un organismo educativo público descentralizado del Estado con personalidad jurídica y patrimonio propios, con sede en la capital del país. Fue creado por Decreto Presidencial el 23 de septiembre de 1973. Su función sustantiva es ofrecer educación de nivel medio superior, bachillerato. Contribuye de manera importante en la atención de la demanda de bachillerato general. Su objeto es ofrecer estudios a los egresados de la educación secundaria y ha adoptado las modalidades escolar y abierta. Sus facultades son:    

Incorporación Equivalencia y revalidación Reconocimiento Certificación

El certificado que se emite tiene validez y reconocimiento nacional e internacional. La concepción del Sistema Abierto del Colegio parte de un modelo flexible que diversifica sus formas y escenarios de atención, con apertura a la sociedad en general. Tiene la consigna de integrar nuevos espacios, con modernos métodos y nuevas tecnologías de enseñanza-aprendizaje, teniendo el estudio independiente como elemento central. Su objetivo es impactar en los sectores sociales que lo demanden, apoyar el nivel de egreso de la educación media superior, así como atender la demanda de actualización y profesionalización.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II En el Estado de Coahuila, el Sistema de Enseñanza Abierta del Colegio de Bachilleres, surge en septiembre de 1978 como una extensión más del Colegio de Bachilleres y del Sistema de Enseñanza Abierta, ya existente en la Ciudad de México, ante la necesidad de satisfacer la demanda de todas aquellas personas interesadas en cursar el nivel medio superior académico de bachillerato que no tuvieron el tiempo disponible para asistir sistemáticamente, ni tampoco cumplir con un horario rígido como el del sistema escolarizado.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II COMPETENCIAS GENÉRICAS DEL BACHILLERATO GENERAL Las competencias genéricas son aquéllas que todos los bachilleres deben estar en capacidad de desarrollar al permitirle a los estudiantes comprender su entorno (local, regional, nacional ó internacional) e influír en él, contar con herramientas básicas para continuar aprendiendo a lo largo de la vida, y practicar una convivencia adecuada rn sus ámbitos social,profesional, familiar, etc. Estas competencias junto con las disciplinares básicas construyen el Perfil del Egresado del Sistema Nacional de Bachillerato. A continuación se enlistan las competencias genéricas: 1. Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue. 2. Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros. 3. Elige y practica estilos de vida saludables. 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. 6. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva. 7. Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida. 8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. 9. Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo. 10. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales. 11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II DESARROLLO DE LA GUÌA Esta Guía de Estudio está diseñada por Bloques. Al inicio de cada Bloque encontrarás un mapa conceptual que tiene como objetivo proporcionarte una visión panorámica de los temas a tratar, a partir de una concepción central y sus derivaciones. Cada Bloque inicia con una Actividad Previa, misma que implica las bases teóricas con las que debes de contar, para de ahí, partir nuevos conocimientos. Consecutivamente se propone una Actividad de Análisis y Reflexión, que en este caso, se corresponde con Lecturas elegidas cuidadosamente, para que al mismo tiempo que abordas las temáticas sugeridas en el Programa, se te permita deliberar en torno a un fenómeno cotidiano en particular. Seguidamente se encuentra una Actividad de Indagación, que como su nombre lo indica, primordialmente consiste en buscar informaciòn que te será pertinente durante el desarrollo del Bloque en cuestión. Las Actividades de Aplicación del Conocimiento, aparecerán como indicadores de desempeño después de haber abordado cada objetivo temático, durante el avance del cada Bloque. Una vez concluída la totalidad de los objetivos temáticos, se desarrollará una Actividad de Integración que te permitirá valorar la totalidad conocimiento adquirido. Por último, aparece una Actividad de Retroalimentación, con la cuál a través de sugerencias, reforzarás lo aprendido. En todos los casos, recuerda que tu asesor es la persona idónea para resolver cualquier duda y que puedes con toda libertad recurrir a él para cualquier aclaracón.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II BLOQUE I Aplica la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos. UNIDAD DE COMPETENCIA ESPECÍFICA Utiliza la noción de mol para realizar cálculos estequiométricos en los que aplica las leyes ponderales y argumenta la importancia de tales cálculos en procesos que tienen repercusiones económicas y ecológicas en su entorno.

BLOQUE II Actúa para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo. UNIDAD DE COMPETENCIA ESPECÍFICA Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología química en la contaminación ambiental y propone estrategias de prevención de la contaminación del agua y del aire.

BLOQUE III Comprende la utilidad de los sistemas dispersos. UNIDAD DE COMPETENCIA ESPECÍFICA Identifica las características distintivas de los sistemas dispersos (disoluciones, coloides y suspensiones), calcula la concentración de las disoluciones y comprende la utilidad de los sistemas dispersos en los sistemas biológicos y en su entorno.

BLOQUE IV Valora la importancia de los compuestos de carbono en su entorno. UNIDAD DE COMPETENCIA ESPECÍFICA Explica las propiedades carácterísticas de los grupos de elementos, considerando su ubicación en la Tabla Periódica, y promueve el manejomsustentable de los recursos minerales del país.

BLOQUE V Identifica la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas. UNIDAD DE COMPETENCIA ESPECÍFICA Reconoce la importancia de las macromoléculas naturales (carbohidratos, lípidos y proteínas) en los seres vivos, así como la importancia ambientadle las macromoléculas sintéticas, con actitud responsable y cooperativa en su manejo.

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ATRIBUTOS DE LOS BLOQUES En los Bloques presentes en esta Guía de Estudio, el estudiante será capaz de desarrollar los siguientes atributos de las competencias genéricas: 3.2 Toma decisiones a partir de la valoración de las consecuencias de distintos hábitos de consumo y conductas de riesgo 4.1 Expresa ideas y matemáticas ó gráficas.

conceptos

mediante

representaciones

lingüísticas,

5.1 Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo como cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo. 5.2 Ordena información de acuerdo a categorías, jerarquías y relaciones. 5.3 Identifica los sistemas y reglas ó principios medulares que subyacen en una serie de fenómenos. 5.4 Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. 5.6 Utiliza las tecnologías de información y comunicación para procesar e interpretar información. 6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. 6.3 Reconoce los propios prejuicios, modifica sus propios puntos de vista al conocer nuevas evidencias e integra nuevos conocimientos y perspectivas al acervo con el que cuenta. 7.1 Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción de conocimientos. 8.1 Propone la manera de solucionar un problema y desarrolla un proyecto en equipo, definiendo un curso de acción con pasos específicos. 8.2 Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera reflexiva. 8.3 Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II ACTIVIDAD PREVIA Para poder manejar en forma adecuada la información contenida en el BLOQUE I, es necesario que cuentes con estos conocimientos previos. Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalos con tu asesor. 1. Identificar el nombre y el símbolo de los elementos químicos, su ubicación en la Tabla Periódica y reconocer dentro de su casilla los datos correspondientes a la masa atómica y a la valencia. Por ejemplo: Nombre Sodio

Símbolo

Familia

Peso

Valencia

Sr Mercurio P 2. Identificar en las fórmulas químicas, la frecuencia o proporción numérica de cada uno de los elementos que la conforman. Por ejemplo: Fórmula

Elemento 1 (cantidad)




NiF3 (NH2)2CO Cu2(SO4)3 Mg3(PO4)2 3. Conocer el concepto de: a. Reacción química b. Reactivos c. Productos 4. Manejo adecuado de operaciones con notación científica en la calculadora. Por ejemplo: a. (3.4) (5.8 x 1011) = c. (2.79) (4.1 x 10-9) =

b. 8.36 / 12.64 x 1017 = d.1.04 x 10-5 / 5.32 x 1030 =

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LECTURA 1.- LOS FERTILIZANTES Los fertilizantes son sustancias o mezclas químicas, naturales o sintéticas, creados por la mano del hombre para enriquecer el suelo y favorecer el crecimiento vegetal. Este tipo de sustancias son críticas para lograr un nivel de producción agrícola que sea suficiente para alimentar a la población mundial en constante crecimiento. Su manejo adecuado permite intensificar la agricultura en los terrenos ya existentes para este fin, reduciendo así la necesidad de expandirla hacia otras tierras que puedan tener otros usos naturales o sociales distintos. Las plantas, durante sus procesos de nutrición, no necesitan obtener del entorno compuestos complejos como las vitaminas o los aminoácidos, ya que ellas autofabrican los que requieren a partir de unos cuantos elementos químicos que se encuentran en el medio, en forma de minerales de composición sencilla que pueden absorber. Los fertilizantes se componen de tres elementos fundamentales: N (nitrógeno), P (fósforo) y K (potasio). A estos tres elementos se les denominan elementos mayores, porque deben estar presentes para que se lleven a cabo las funciones básicas en este tipo de seres vivos. Alguno de los tres, o los tres, pueden estar contenidos en sus formulaciones. Los fertilizantes simples contienen solamente a uno de los tres y los fertilizantes complejos, contienen mayor o menor porcentaje de los mismos, incorporados físicamente mediante procesos de mezclado. ¿Y por qué diferentes fórmulas? Esto se debe a que no todos los requerimientos de las plantas son iguales, por ejemplo, en un alimento para pastos el nitrógeno debe prevalecer sobre cualquier otro elemento, pues éste es el que preserva el verde intenso característico de estas especies; sin embargo, un alimento para flores debe contener en proporciones importantes a los tres elementos mayores, y si es para macetas, no deberá incluir como fuente de potasio al KCl (cloruro de potasio), porque si esta sal se queda atrapada en el fondo, se vuelve fototóxica, es decir, que puede quemar a las plantas ahí contenidas. Tomemos como muestra la importancia del aporte nitrógeno: Una planta con presencia de nitrógeno es siempre verde, por lo mismo, la adición de éste elemento corrige el amarillamiento de sus tejidos, además, es indispensable para promover el crecimiento de

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II tallos y hojas. Por otra parte, es un elemento fundamental en la nutrición de los microorganismos que existen en el suelo, mismos que son los responsables de transformar los minerales nitrogenados en formas asimilables para las plantas, es decir, en NO3- (nitratos). De la misma manera, el nitrógeno es imprescindible para la producción de las proteínas que requiere cada vegetal en cuestión. Los fertilizantes nitrogenados pueden administrarse con igual eficacia en forma de:    

NH3 (amoníaco), obtenido generalmente como producto del petróleo. (NH2)2CO (urea), producida con amoníaco y dióxido de carbono. NH4NO3 (nitrato de amonio), producido con amoniaco y ácido nítrico. (NH2)2SO4 (sulfato de amonio), fabricado en base a amoníaco y ácido sulfúrico.

 5Ca (NO3).2NH4NO3.10H2O (nitrato de calcio y amonio hidratado), resultado de mezclar los dos nitratos en presencia de agua.  NH4NO3 (nitrato de amonio) y CaCO3 (caliza), el resultado de agregar caliza al nitrato de amonio en diferentes proporciones. Dependiendo del porcentaje de nitrógeno que contenga cada fertilizante, se usará en mayor o menor cantidad. Por ejemplo, una concentración standard de nitrógeno para pasto debe ser del 20.5% en peso en la formulación, para aplicarse al vuelo a razón de 1Kg en superficies de 10 m 2 hasta 40 m2 (según el estado del pasto). Así mismo, al momento de elegir la fuente nitrogenada que conviene utilizar, es necesario considerar las características del suelo y sus posibles transformaciones. Los fertilizantes con amoniaco generan un residuo que provoca cierta acidez en el suelo, aunque este efecto no se puede generalizar, ya que normalmente los suelos arcillosos poseen una capacidad amortiguadora que hace que esta acidez inducida, sea menor, sin embargo, el grado de acidez dependerá de la fuente que se utiliza. El efecto más acidificante lo propicia la adición de sulfato de amonio, respecto a otros fertilizantes como el nitrato de amonio y la urea. Cuando el NH4+ (amonio) presente se convierte en NO3- (nitrato), se liberan H+ (iones hidronio), que son los responsables de la acidez. La transformación en el suelo de las tres fuentes amoniacales citadas, darán como resultado la producción de igual cantidad de nitrato, pero desigual cantidad de iones ácidos, de acuerdo a las siguientes reacciones: (NH2)2SO4 + 4O2 (NH2)2CO + 4O2 NH4NO3 + 2O2

4H+ + 2H+ + 2H+ +

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2NO3 + 2H2O 2NO3 + CO2 + 2H2O 2NO3 + H2O

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Y por lo tanto, si a un suelo le agregamos una cantidad determinada de nitrógeno por hectárea con cada una de estas tres fuentes, la acidez inducida deberá seguir el siguiente orden (N42)2SO4 > (NH2)2CO = NH4NO3. ACTIVIDAD DE ANÁLISIS Y REFLEXIÓN Con la información obtenida a partir de esta lectura, contesta las siguientes preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor. 1. Si tienes varios compuestos que comparten un elemento de tu interés y de los cuáles requieres el que te aporte la mayor proporción de este mismo, ¿cual sería tu estrategia para elegir el adecuado? 2. Y si fuera otra la característica de tu interés, en lugar de la mayor proporción, ¿Qué camino elegirías? 3. ¿Crees que sea el mismo criterio el que usan los fabricantes de fertilizantes, para informar acerca de la adecuada de aplicación en cada uno de sus productos? 4. ¿Se podría utilizar el mismo criterio para informar acerca de dosis pequeñas, en productos de industrias como la farmacéutica? ¿Por qué? ACTIVIDAD DE INDAGACIÓN Contesta las siguientes preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor. 1. Investiga cual es el concepto de Estequiometría: 2. ¿Qué significan los siguientes conceptos? a. b. c. d.

Masa y peso Volumen Ponderal Volumétrico

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I. INTRODUCCIÓN

Deriva de la raíz griega “stoichon” que significa elemento.

PARA EVALUAR las relaciones que se dan durante todo proceso químico, en

Concepto introducido por J. Ritcher, para dar nombre al ESTUDIO DE LA MEDICIÓN

PROPORCIONES NUMÉRICAS

de los componentes involucrados en las reacciones químicas.

de masa, volumen y energía.

¿Para qué sirve?

¿Qué es?

Con el paso del tiempo, las sociedades humanas han venido desarrollando prácticas ó técnicas que les ayuden a aprovechar de modo más eficaz los recursos naturales al momento de satisfacer sus necesidades primarias de alimentación, vestido, habitación, transporte, etc. En este sentido, las industrias deben ser cuidadosas en cuanto a las cantidades de los insumos que han de incorporar para obtener determinada cantidad de productos y evitar así el consumo excesivo de materia prima. Para que se cumpla cabalmente esta función, es indispensable el conocimiento de las operaciones matemáticas. La Industria Química se encarga de resumirlo con la aplicación de los conocimientos de la Química Cuantitativa, específicamente con el estudio de la Estequiometría. Los cálculos estequiométricos son básicos para la Química, pues representan la única forma de predecir cantidades de materia antes y después de un proceso. Sólo con este conocimiento se puede tener confianza en un laboratorio al experimentar, diseñar u operar los dispositivos que generan los materiales útiles que la química nos provee.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Su aplicación es importante en muchas de las actividades del quehacer humano, por ejemplo cuando se desea conocer:     

El porcentaje de contaminantes de una fuente de agua. La composición del aire cuando se da la variación estacional. El grado de adelgazamiento de la capa ozono. El volumen de lluvia ácida que cae en un determinado lugar. Las cuotas de recuperación de metales a partir de los minerales que los contienen.  La medida de conservador que hay que añadir a cierto alimento, etc. La razón más importante para incorporar este tema en un curso básico como éste, es que en la vida diaria abundan las situaciones que se pueden resolver mediante una estrategia similar a la utilizada en la resolución de estos problemas. En tus actividades cotidianas la Estequiometría está presente, cuando por ejemplo:  Necesitas conocer cuántas veces más hay que agregar los ingredientes de una receta, porque tienes más invitados a cenar.  Te dan un medicamento que debes ingerir en determinadas dosis por día.  Tienes que medir la cantidad de calorías durante un régimen alimenticio, etc. I.1 FACTORES ESTEQUIOMÉTRICOS Para el objeto de estudio de la Estequiometría es indispensable conocer algunos factores que nos servirán de apoyo para llevar a cabo las operaciones cuantitativas de interés en los procesos químicos, como son: La masa atómica, la masa molecular y el mol (masa molar y volumen molar). I.1.1 MASA ATÓMICA A la masa atómica también se le suele denominar peso atómico, aunque esto es incorrecto, ya que la masa corresponde a la cantidad de materia de un cuerpo y el peso depende del valor de atracción de la gravedad sobre ese cuerpo. La masa de un átomo ó masa atómica, se debe al número total de protones y neutrones contenidos en su núcleo cuando éste se encuentra en estado de reposo. La unidad en la que se suele expresar e el Sistema Internacional, es la uma (unidad de masa atómica). 23

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II La uma equivale a 1,66 x 10-24 gramos. Fue calculada por el físico inglés Joseph John Thompson y corresponde a la duodécima parte (1/12) de la masa de un átomo de carbono, por ser éste un elemento con una variedad de isótopos casi exclusiva, es decir, de casi el 100% de abundancia relativa en la naturaleza.

Los denominados isótopos, son especies químicas de igual número atómico ó número de cargas, (protones y electrones), pero de diferente masa, (o sea la suma de neutrones y protones contenidos en sus núcleos). Los elementos en general no están formados por un solo isótopo, sino por una mezcla con cierta abundancia natural relativa para cada uno de ellos. Eso explica la no correspondencia de la masa atómica en umas entre los distintos ejemplares de un mismo elemento. A esta situación se le llama defecto de masa. Si se mide la masa de un isótopo en concreto, no existe mayor problema, ya que no tenemos por que tomar en cuenta su abundancia. Pero cuando calculamos la masa de un elemento químico de manera integral, se suele obtener con el promedio ponderado de sus distintos isótopos. Este promedio se calcula a partir de una muestra a través de un equipo especial denominado espectrógrafo de masas. En la siguiente tabla se muestran algunos isótopos con sus masas y el porcentaje correspondiente a su abundancia relativa en la naturaleza: Isótopo 1

H 2 H 3 H 12 C 13 C

Masa (umas) 1.0078 2.0140 3.0218 12.0000 13.0033

Abundancia

Isótopo 23

99.98 % 0.01 % 1.00 % 98.93 % 1.07 %

Na Cl 37 Cl 79 Br 81 Br 35

Masa (umas) 22.9898 34.9688 36.9659 79.9183 80.9163

Abundancia 100.00 % 75.77 % 24.23 % 50.69 % 79.31 %

Ejemplo: Calcular la masa atómica del cloro natural, tomando en cuenta las masas atómicas de sus isótopos y su abundancia natural:

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Según la tabla y quitando decimales, si por cada 1000 átomos encontramos 7553 de 35Cl y 2447 de 37Cl, entonces: 7553 x 34.9688 2447 x 36.9659

= 264119.34 umas = 90455.55 umas 354574.89 umas

El peso promedio del átomo de Cloro = 354574.89 umas = 35.4574 umas 1000 unidades I.1.2 MASA MOLECULAR Recordando que una molécula se encuentra formada por dos ó más átomos, de uno o varios elementos (representados en la fórmula), entonces la masa molecular corresponderá a la suma de todos los componentes que intervienen en dicha fórmula, en unidades de masa atómica. Ejemplo 1: Tomando en cuenta que la masa atómica del H es de 1.007 umas y la del O de 15.999 umas. ¿Cuál será la masa molecular de la molécula de H2O? 2 x 1.007 = 2.014 umas del H + 1 x 15.999 = 15.999 umas del O 18.013 umas de H2O Ejemplo 2: Tomando en cuenta que la masa atómica del Mg es de 24.312 umas, la del H de 1,007 umas y la del O de 15,999 umas. ¿Cuál será la masa molecular del Mg(OH)2? 1 x 24.312 = 24.312 umas del Mg + 2 x 15.999 = 31.998 umas del O 2 x 1.007 = 2.014 umas del H 58.324 umas del Mg(OH)2 I.1.3 MOL Se simboliza “mol” y significa mole, pila o montón. En el estudio de la Química, se define como la unidad con que se mide la cantidad de sustancia.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Corresponde a la cantidad en gramos numéricamente igual a la masa atómica o molecular de un elemento o compuesto, aunque en realidad, es el número de átomos ó moléculas lo que con la expresión se quiere indicar. Considerando el tipo de unidades que la componen, se define como un mol, a la cantidad de una sustancia que contenga tantas unidades de su tipo, como número de átomos presentes en 12 gramos de 12C (por ser como ya se dijo, el isótopo más neto en su abundancia natural). El número de unidades (átomos, moléculas, iones, electrones, u otras partículas) existentes en un mol de sustancia es, por definición, una constante llamada número de Avogadro (NA) y equivale a 6,02214179 × 1023 unidades por cada mol.

Número de moles (n) 1 mol de átomos de 12C 1 mol de iónes de Na+1 1 mol de moléculas de KCl 1 mol de radicales (OH)-1

Cantidad Pesan 12.01 gramos Pesan 22.98 gramos Pesan 74.47 gramos Pesan 16.99 gramos

No. De Avogadro (NA) Contienen 6.023 x 1023 átomos Contienen 6.023 x 1023 iónes Contienen 6.023 x 1023 moléculas Contienen 6.023 x 1023 radicales

I.1.3.1 Masa molar La masa molar se simboliza como “M” y es la cantidad en gramos que hay en un mol de una determinada sustancia. Tiene el mismo valor que la masa molecular, pero en lugar de estar representada en umas, se expresa en g/mol. Se distingue de la masa atómica, en que es la masa de un solo átomo y de la masa molecular, en que es la masa de una sola molécula. Se calcula a partir de los pesos atómicos estándar. Por ejemplo, como la molécula H2O, contiene 2 átomos de H con una masa atómica de 1.007 umas y uno de O con una masa atómica de 15.999 umas, su masa molecular equivale a 18.013 umas, por lo tanto, podríamos decir que un mol de agua es de 18.013 gramos o bien que tiene una masa molar de 18.003 g/mol. Las masas molares varían típicamente entre:  1–238 g/mol para átomos de elementos de ocurrencia natural  10–1.000 g/mol para compuestos químicos sencillos  1.000–5.000.000 g/mol para compuestos químicos complejos como los polímeros (proteínas, fragmentos de ADN, etc.).

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Ejemplo 1: Tomando en cuenta que la masa atómica del H es de 1.007 umas, la del S de 32.064 umas y la del O de 15.999 umas, si tenemos 3.15 moles de H2SO4: a. ¿Cuántos gramos hay en esta cantidad de dicha sustancia? b. ¿Qué cantidad de moléculas tiene este material? Procedimiento: Primero obtenemos el peso del compuesto. 2 x 1.007 = 2.014 umas del H + 1 x 32.064 = 32.064 umas del S 4 x 15.999 = 63.996 umas del O 98.074 umas de H2SO4 Establecemos un renglón de referencia con los datos ya conocidos y un renglón que incluya a las incógnitas, para resolverlas por regla de tres. renglón de referencia

1 mol de H2SO4

98.074 gramos de H2SO4

3.5 moles de H2SO4

x1 = ¿gramos?

6.023 x 1023 moléculas x2 = ¿moléculas?

x1 = (3.5 moles de H2SO4) (98.074 gramos de H2SO4) = 343.259 gramos 1 mol de H2SO4 x2 = (3.5 moles de H2SO4) (6.023 x 1023 moléculas) = 2.108 x 1024 moléculas 1 mol de H2SO4 Ejemplo 2: Tomando en cuenta que la masa atómica del Na es de 22.989 umas, la del C de 12.011 umas y la del O de 15.999 umas, si tenemos 180 gramos de Na2CO3: a. ¿Cuántos moles hay en esta cantidad de dicha sustancia? b. ¿Qué cantidad de moléculas tiene este material? Procedimiento: Los mismos pasos del problema anterior. 2 x 22.989 = 45.978 umas del Na 27

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II + 1 x 12.011 = 12.011 umas del C 3 x 15.999 = 47.997 umas del O 105.986 umas de Na2CO3 renglón de referencia 1 mol de Na2CO3 x1 = ¿moles?

105.986 gramos de Na2CO3 6.023 x 1023 moléculas 180.000 gramos de Na2CO3 x2 = ¿moléculas?

x1 = (180.000 gramos de Na2CO3) (1 mol de Na2CO3) = 1.69 moles 105.986 gramos de Na2CO3 x2 = (1.69 moles de Na2CO3) (6.023 x 1023 moléculas) = 1.017 x 1024 moléculas 1 mol de Na2CO3

A partir de estos ejercicios, podemos deducir una serie de fórmulas generales que pueden usarse cuando los datos de un problema involucren el mismo planteamiento: No. gramos = (No. de moles) (Masa molecular) 1 mol No. de moles = (No. de gramos) (1 mol) Masa molecular No. moléculas = (No. de moles) (No. Avogadro) 1 mol I.1.3.2 Volumen molar Tiene un valor constante de 22.4 litros y corresponde al volumen ocupado por un mol de cualquier gas en condiciones normales de temperatura y presión (CNTP= 1 atmósfera ó 1.03 x 105 pascales y 0 grados centígrados ó 273 grados kelvin). moles de gas en CNTP 1 mol de átomos de 17Cl 1 mol de iónes de H+1 1 mol de moléculas de CO2

Cantidad Ocupa 22.4 litros Ocupa 22.4 litros Ocupa 22.4 litros

No. De Avogadro (NA) Contiene 6.023 x 1023 átomos Contiene 6.023 x 1023 iónes Contiene 6.023 x 1023 moléculas

Ejemplo: a. ¿Qué volumen ocuparán 2.3 moles del material gaseoso F2? b. ¿Qué cantidad de moléculas contiene este volumen? 28

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Procedimiento: Establecemos un renglón de referencia con los datos ya conocidos y un renglón que incluya a las incógnitas, para resolverlas por regla de tres. Renglón de referencia 1 mol de F2 2.3 moles de F2

22.4 litros x1 = ¿litros?

6.023 x 1023 moléculas x2 = ¿moléculas?

x1 = (2.3 moles de F2) (22.4 litros) = 51.52 litros 1 mol de F2 x2 = (2.3 moles de F2) (6.023 x 1023 moléculas) = 1.385 x 1024 moléculas 1 mol de F2

A partir de este ejercicio, podemos deducir una serie de fórmulas generales que pueden usarse cuando los datos de un problema involucren el mismo planteamiento: No. litros = (No. de moles) (22.4 litros) 1 mol No. moléculas = (No. de moles) (No. Avogadro) 1 mol

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II ACTIVIDAD DE APLICACIÒN DEL CONOCIMIENTO Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalos con tu asesor. 1. Calcula el peso atómico de los elementos de la tabla, tomando en cuenta los pesos atómicos de sus isótopos y su abundancia natural. Isótopo Masa (umas) Abundancia 1 1.0078 99.98% H 2

2.0140

0.01%

3

H

3.0218

1.00%

10

H

10.0129

20.00%

11

B

11.0093

80.00%

12

C

12.0000

98.93%

13

13.0033

1.07%

B

C

Peso atómico

2. Determina la masa molecular de los siguientes compuestos: a. K2S

b.SiO2

c. Mg(OH)2

d.NaHCO3

e.NH4Cl2O5

3. ¿Cuántos gramos y moléculas hay en 2.5 moles de cada uno de estos mismos? 4. ¿Cuántos litros ocupan 3.6 moles de CO2? 5. ¿Cuántas moléculas hay en 6 moles de un gas cualquiera en CNTP? 6. Define los siguientes conceptos: a. Masa atómica d. Masa molar

b. Masa fórmula e. Volumen molar

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c. Mol

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II I.2 LEYES ESTEQUIOMÉTRICAS Las combinaciones de materia se efectúan en base a leyes fijas a las que podemos dividir en dos grandes grupos: las Leyes Ponderales (que se refieren a los pesos) y las Leyes Volumétricas (que se refieren a los volúmenes). I.2.1 LEYES PONDERALES DE LAS COMBINACIONES QUÍMICAS 1. Ley de Proust o de las proporciones definidas A partir de los razonamientos del análisis cuantitativo en los fenómenos químicos, pronto surgieron los estudios que posteriormente se establecieron como leyes. En 1808, después de numerosos experimentos basados en la constitución de algunos minerales, el químico francés Joseph Louis Proust, pudo concluir su ley que señala: “Cuando dos o más elementos se combinan para formar un compuesto dado, lo hacen siempre en la misma proporción ponderal”. Por ejemplo, cuando el bióxido de carbono se forma a partir de la siguiente reacción: C + O2

CO2

Siempre respetará las proporciones entre reactivos y productos de la siguiente manera: Masa de C 12 gr 24 gr 36 gr

Masa de O2 32 gr 64 gr 96 gr

Masa de CO2 44 gr 88 gr. 132 gr, etc.

2. Ley de Dalton o de las proporciones múltiples John Dalton químico y matemático inglés, trabajó en un fenómeno del que Proust no se había percatado, el hecho de que algunos elementos pueden relacionarse entre sí en distintas proporciones, para formar distintos compuestos. En 1808 concluyó su ley: “Cuando dos elementos se combinan para formar más de un compuesto, las masas de uno de ellos permanece fija con respecto del otro, guardando entre sí una relación expresable generalmente por medio de números enteros sencillos”.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Por ejemplo, una masa constante de nitrógeno se puede combinar con tres proporciones de masa distintas de oxígeno para obtener tres óxidos diferentes, representados en la tabla siguiente: Compuesto Dióxido de nitrógeno (N2O) Monóxido de nitrógeno (N2O2 = NO) Óxido de nitrógeno (N2O3)

Masa de N (g) 28.012 28.012 / 2 28.012

Masa de O (g) 15.999 31.998 / 2 47.997

3. Ley de Richter o de las proporciones recíprocas Un siguiente paso era observar si dos o más elementos, que se combinan con otro común, tenían alguna relación cuando se combinaban entre sí. Este hecho fue comprobado y llevó a enunciar la ley de las proporciones recíprocas de la siguiente manera: “Las masas de los elementos que se combinan con una masa de un tercero, guardan la misma proporción que las masas ellos dos cuando se combinan entre sí”. Esta ley es también conocida como la ley de Jeremías Richter en honor a este químico alemán, quien, aunque formalmente no la enunció, la esbozó al estudiar los fenómenos de neutralización entre ácidos y bases en 1792. En el siguiente juego de compuestos se puede observar esta relación: CaO (20 g Ca/8 g de O)

CaH2 (20 g de Ca/1 g de H)

H2O (1 g de H/8 g de O) 4. Ley de Lavoisier o de la conservación de la masa Probablemente, la aportación más importante que hizo Antonie Laurent Lavoisier (1743-1794) a la Química, fue la implantación de una medida precisa a todos los procesos en los que la materia sufre transformaciones y el enunciado de la famosa ley de conservación de la masa: “En toda transformación química, la masa total de los reactivos que reaccionan, es igual a la masa total de los productos de la reacción”.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Comprobó que la cantidad de materia, es algo permanente e indestructible, algo que se conserva pese a todos los cambios.

Esta expresión se puede representar esquemáticamente de la siguiente manera, y prácticamente se puede generalizar en cualquier ecuación. En la ecuación A + B NaOH

C+D +

39.995 umas +

La suma de masas A + B = C + D

HCl

NaCl

36.464 umas

76.459 umas

= =

+

H2O

58.446 umas + 18.013 76.459 umas

I.2.2 LEYES VOLUMÉTRICAS DE LAS COMBINACIONES QUÍMICAS 1. Ley de Charles-Gay Lussac Fue publicada por el químico y físico francés Louis Joseph Gay Lussac en 1802. Esta ley dice que: “Un gas se expande proporcionalmente a su temperatura absoluta, si se mantiene constante la presión”. Esto se debe a que "temperatura" significa movimiento de las partículas. Así que, a mayor movimiento de las partículas ó temperatura, mayor será el volumen del gas. Entonces, si se quieren comparar los volúmenes de las sustancias gaseosas que intervienen en los procesos físicos y químicos, es necesario que se encuentren en las mismas condiciones de presión y temperatura. Arbitrariamente se han establecido unas condiciones, denominadas condiciones normales de temperatura y presión (CNTP), ya mencionadas en el volumen molar. 2. Ley de Avogadro Amadeo Avogadro, físico y químico italiano, admitió en 1814 que las partículas no tenían por que ser únicamente átomos individuales, sino que podían ser combinaciones de átomos (lo que hoy llamamos moléculas). Por lo tanto, afirmó que la unidad mínima de un reactivo es la molécula, y que debía existir una relación de números

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II enteros sencillos entre las moléculas de los reactivos y las de los productos. Esta misma relación debía ocurrir entre los volúmenes de los gases durante una reacción química. Por ello, también se establece una relación directa entre los volúmenes de gases y el número de moléculas que contienen. La ley de Avogadro dice que: "Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas" Suele enunciarse también como: "La masa atómica o gramos/mol de los diferentes elementos, contienen el mismo número de átomos". El valor de este número, llamado número de Avogadro (NA) es aproximadamente 6,02214199 × 1023 y es también el número de moléculas que contiene una molécula-gramo o mol. Es valor constante que se utiliza en la química y en la física para así poder establecer una relación entre el volumen y la cantidad de la masa de la materia Con esto, Avogadro pudo explicar con facilidad la ley de la combinación de volúmenes que había sido anunciada por Gay-Lussac y, basándose en ella, dedujo que el oxígeno era 16 veces más pesado que el hidrógeno y no ocho como defendía Dalton en aquella época. Ejemplo: Durante la reacción: 3H2 + N2

2 NH3

Cuando 3 litros de hidrógeno molecular se combinan con 1 litro de nitrógeno molecular para obtener 2 litros de amoníaco, nótese que el volumen no se conserva, los reactivos ocupaban 4 litros mientras los productos sólo ocupan 2 litros. 3 volumenes de H2

+

1 volumen de N2

2 volumenes de NH3

3 “n”moléculas de H2 + “n” moléculas de N2

2 “n” moléculas de NH3

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II ACTIVIDAD DE APLICACIÓN Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor 1. Relaciona ambas columnas

( ) Las masas de elementos que se combinan con un tercero, guardan la misma relacion cuando se combinan entre si. ( ) Los gramos/mol de los diferentes elementos contienen el mismo numero de atomos. ( ) Se refieren a los pesos en las combinaciones de material. ( ) Si dos elementos se combinan para formar mas de dos compuestos, la masa de uno de ellos permanence fija con respecto al otro. ( ) Un gas se expande proporcionalmente a su temperatura absoluta, si se mantiene constant su presion. ( ) En toda tranformacion quimica, la masa total de los reactivos, es igual a la masa total de los productos. ( ) Se refiere a los volumenes en las combinaciones de material. ( ) Cuando dos o mas elementos se combinan para formar un compuesto, lo hacen siempre en la misma proporcion ponderal.

a. Leyes Ponderales b. Leyes Volumétricas c. Ley de Proust d. Ley de Dalton e. Ley de Ritcher f. Ley de Lavoisier g. Ley de Gay Lussac f. Ley de Avogadro

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II I.3 APLICACIÓN DE LAS LEYES ESTEQUIOMÉTRICAS Las observaciones hechas por Proust, Dalton y Richter, están íntimamente relacionadas con la estructura y la conformación cuantitativa de las fórmulas químicas. Toda fórmula química ó forma escrita de la molécula, debe proporcionar como mínimo dos datos importantes:  Qué elementos forman el compuesto  En qué proporción se encuentran los mismos dentro del compuesto. Estos datos son precisamente los que nos servirán de referencia para el manejo de cálculos estequiométricos tales como: la composición porcentual, la determinación de la fórmula mínima ó empírica, la determinación de la fórmula molecular ó verdadera y las relaciones de combinación. Otro tipo de mediciones, tienen que ver con los experimentos hechos por Lavoisier, Gay Lussac y Avogadro a partir de las ecuaciones químicas. Toda ecuación química ó forma escrita de de una reacción, debe proporcionar como mínimo dos datos importantes:  Cuáles son los componentes de los reactivos y cuáles los componentes de los productos.  La cantidad de material de entrada en la reacción, en correspondencia con el material de salida. Estos datos son los que nos servirán de referencia para cuantificar procesos tales como: el balanceo de ecuaciones y las relaciones de entre mol, masa y volumen. I.3.1 COMPOSICIÓN PORCENTUAL Con frecuencia es conveniente saber la constitución de un compuesto en función de la masa de los elementos que lo conforman. Esta proporción puede obtenerse tanto en porcentajes de combinación como de las masas de los elementos presentes en dicho compuesto. La información puede obtenerse a partir de la fórmula, comparando la masa de cada componente con respecto al total de la masa, a partir de los siguientes pasos: Paso 1.- Se calcula la masa del compuesto. Paso 2.- Se establece un renglón de referencia con los datos del 100% de la masa molecular. Paso 3.- Determinar la razón en porciento, entre los datos conocidos y la sustancia requerida o la incógnita. Paso 4.- Se suman los porcentajes así obtenidos, para verificar que suman el 100 %.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Ejemplo 1: Determinar la composición porcentual en masa de la molécula de agua, a partir de su reacción de combinación: O2 + 2H2 2H2O Paso 1. 2 átomos de O = 2 x 15.999 = 31.98 gramos 4 átomos de H = 4 x 1.007 = 4.023 gramos 2 moléculas de H2O = 2 x 18.013 = 36.08 gramos Pasos 2 y 3.36.08 g de 2H2O 31.98 g de O2

100% masa molecular x = ¿% O2?

renglón de referencia

% O2 = (31.98 g de O2) (100 % masa molecular) = 88.81% de O2 36.08 g de 2H2O 36.08 g de 2H2O 4.02 g de 2H2

100% masa molecular x = ¿% 2H2?

renglon de referencia

% 2H2 = (4.02 g de H2) (100 % masa molecular) = 11.18% de 2H2O 36.08 g de 2H2O Paso 4.- 88.81 % de O2 + 11.18 % de 2H2O = 100% de 2H2O Ejemplo 2: Determinar la composición porcentual en masa de la molécula (NH4)3PO4 Paso 1. 3 átomos de N = 3 x 14.006 = 42.018 gramos 12 átomos de H = 12 x 1.007 = 12.084 gramos 1 átomo de P = 1 x 30.973 = 30.973 gramos 4 átomos de O = 4 x 15.999 = 63.996 gramos 149.071 gramos de (NH4)3PO4

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Pasos 2 y 3.149.071 g de (NH4)3PO4 42.018 g de N

100% masa molecular x = ¿% N?


% N = (40.018 g de N) (100 % masa molecular) = 28.19% de N 149.071 g de (NH4)3PO4 149.071 g de (NH4)3PO4 12.084 g de H

100 % masa molecular x = ¿% H?


% H = (40.018 g de H) (100 % masa molecular) = 8.11% de H 149.071 g de (NH4)3PO4 149.071 g de (NH4)3PO4 30.973 g de P

100 % masa molecular x = ¿% P?


% P = (30.973 g de P) (100 % masa molecular) = 20.78% de P 149.071 g de (NH4)3PO4 149.071 g de (NH4)3PO4 63.996 g de O

100 % masa molecular x = ¿% O?


% O = (30.973 g de O) (100 % masa molecular) = 42.93% de O 149.071 g de (NH4)3PO4 Paso 4.(28.19% de N + 8.11% de H + 20.78% de P + 42.93% de O) = 100 % de (NH4)3PO4 A partir de este ejercicio, podemos deducir una de fórmula general que puede usarse cuando los datos de un problema involucren el mismo planteamiento: % del elemento = (gramos del elemento) (100%) gramos del compuesto I.3.2 FÓRMULA MÍNIMA Ó EMPÍRICA Así como una fórmula nos permite obtener los porcentajes en masa de los elementos que la constituyen, también es factible llevar a cabo el proceso inverso, basta conocer la composición porcentual de un compuesto para obtener su fórmula mínima. Esta fórmula nos indica cuáles elementos conforman la molécula y en qué mínima proporción posible en que se encuentren. Se obtiene a través de los siguientes pasos: 38

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Ejemplo 1: Si por cada 100 gramos de NaCl, el 39.23% en masa corresponden al Na y el 60.76% al Cl y tomando en cuenta que 22.989 g/mol y 35.457 g/mol son las Paso 1.-Se divide la cantidad porcentual de cada elemento entre su masa molar. Paso 2.- Posteriormente se dividen estas proporciones entre el valor que haya quedado mas pequeño, para así obtener los subíndices correspondientes. masas molares respectivas, entonces: Paso 1.39.23 g de Na / 22.989 g/mol de Na = 0.170 moles de Na 60.76 g de Cl / 35.457 g/mol de Cl = 0.171 moles de Cl Esto indica que por cada 0.170 moles de Na, reaccionaron otros 0.171 moles de Cl para formar NaCl, o cualquier de sus múltiplos o submúltiplos, ahora: Paso 2.Proporción de Na: 0.170 mol/0.170 mol = 1.00 Proporción de Cl: 0.171 mol/0.170 mol = 1.00 Lo que quiere decir que 1 átomo de Na se combina con 1 átomo de Cl para formar esta sal. Luego, la proporción entre sus átomos es 1:1 y por lo tanto la fórmula empírica de éste compuesto será: Na1Cl1. Ejemplo 2: Se calentó con oxígeno una muestra de 6.5 gramos de cromo en polvo. El producto pesó 9.5 gramos. ¿Cuál es su fórmula mínima? Paso 1.Peso del Cr.= 6.5 g. Peso del O = (9.5 g. del compuesto – 6.5 gr. del Cr) = 3.0 gr. Paso 2.6.5 g de Cr / 51.996 g/mol de Cr = 0.125 moles de Cr 3.0 g de O / 15.999 g/mol de O = 0.187 moles de O Esto indica que por cada 0.125 moles de Cr, reaccionaron otros 0.187 moles de O para formar el compuesto, o cualquier de sus múltiplos o submúltiplos, ahora:

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Proporción de Cr: 0.125 mol/0.125 mol = 1.00 Proporción de O: 0.187 mol/0.125 mol = 1.49 ≈ 1.5

Pero como los coeficientes deben ser números enteros, entonces multiplicamos por un número que permita convertir a la proporción de 1.5 en entero: Proporción de Cr = 1 x 2 = 2 Proporción de O = 1.5 x 2 = 3 Luego entonces la proporción de los átomos en este compuesto es de 2:3, lo que quiere decir que dos átomos de Cr se combinan con dos de O: Cr2O3 I.3.3 FÓRMULA MOLECULAR Ó VERDADERA Es aquélla que contiene la cantidad real de átomos constituidos en la molécula de la sustancia. La fórmula molecular coincide a veces con la fórmula mínima y otras veces es un múltiplo entero de la misma. Se expresa como (Fórmula mínima)n, en donde “n” es un número entero. Para poder obtener el valor de “n” y así establecer la fórmula molecular, necesitamos conocer la fórmula mínima y la masa molecular obtenida en forma experimental, a través de los siguientes pasos: Paso 1.- Obtener la fórmula mínima Paso 2.- Obtener el valor de “n”, dividiendo el valor de masa experimental entre la masa molecular de la fórmula mínima. Paso 3.- Multiplicar los subíndices de la fórmula mínima por el valor de “n”. Ejemplo 1: El análisis de un óxido nitrogenado nos indica: 3.04 gramos de N y 6.95 gramos de O. Experimentalmente a masa molecular de este compuesto se encontró igual a 91.0 gramos. Determine la fórmula molecular del compuesto: Paso 1.3.04 g de N / 14.006 g/mol de N = 0.217 moles de N 6.95 g de O / 15.999 g/mol de O = 0.434 moles de O Proporciónde N: 0.217 mol / 0.217/mol = 1 Proporción de O: 0.434 mol / 0.217 mol = 2 Fórmula mínima = N1O2

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Paso 2.n = 91.00 g/mol / 46.05 g/mol = 1.978 ≈ 2.00

Paso 3.Multiplicamos la fórmula empírica por dos y la fórmula molecular correcta será: (N1O2) x 2 = N2O4 Ejemplo 2: La masa molecular de la Vitamina C (ácido ascórbico) es de 176 umas. Si sabemos que por cada 100 gramos el 40.92% se deben al C, el 4.58% al H y el 54.50% al O, podremos establecer su fórmula empírica a partir de sus cantidades molares: Paso 1.40.92 g/12.011 g/mol = 3.40 moles de C 4.58 g/ 1.007 g/mol = 4.54 moles de H 50.00 g/15.999 g/mol = 3.40 moles de O. Proporción de C: 3.40 molel/3.40 moles = 1.00 Proporción de H: 4.54 moles/3.40 moles = 1.33 Proporción de O: 3.40 moles/3.40 moles = 1.00 Podemos ver que las cantidades molares de O y C son iguales, en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor. Como no podemos tener fracciones de átomo, hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero (1.333 es como 1 y 1/3, así que si multiplicamos las proporciones de cada átomo por 3 y obtendremos valores enteros para todos los átomos). C=1x3=3 H = 1.33 x 3 = 4 O=1x3=3 Con lo que podemos concluir que la fórmula mínima de la Vitamina C, es: C3H4O3. Paso 2.Si la masa molecular de este compuesto es de 176 umas. ¿Cuál es la masa molecular de nuestro compuesto? La masa molecular de la fórmula empírica es: (3 x 12.011) + (4 x 1.007) + (3 x 15.999) = 88.058 umas La masa de nuestra fórmula empírica es significativamente menor que el valor experimental. ¿Cuál será la proporción entre los dos valores, o sea,

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II el valor de “n” para aplicarlo en (Fórmula mínima)n y así obtener la fórmula molecular? n = 176 umas / 88.062 umas = 1.998 ≈ 2.00

Paso 3.Multiplicamos la fórmula empírica por dos y la fórmula molecular correcta será: (C3H4O3) x 2 = C6H8O6 Es posible conocer la relación de combinación entre dos elementos que forman más de un compuesto, cuando se tiene o conoce la masa del elemento que permanece constante. Ejemplo: Si se tienen 30 gramos de azufre, compruebe teóricamente la relación de combinación del elemento variable (oxígeno), si se cuenta con las fórmulas: SO, SO2 y SO3. Fórmulas SO SO2 SO3

Masa molecular 48.063 64.062 80.061

%S

%O

66.712 50.052 40.049

33.288 49.948 59.951

Ajuste %O / %S x 30g 14.969 29.938 44.908

Relación de combinación del O 14.969/14.969 = 1 29.938/14.969 = 2 44.908/14.969 = 3

I.3 4 BALANCEO DE ECUACIONES Es asombrosa la cantidad de reacciones químicas que se llevan a cabo en la vida cotidiana. Cualquier fenómeno químico se puede detectar a través de nuestros sentidos (visuales, táctiles, auditivos). Por ejemplo el fierro que cambia de un material duro y brillante a un material rojizo que se quiebra con facilidad al oxidarse, el cabello que cambia de color al aplicarle peróxido o cuando el gas natural reacciona con el oxígeno y forma una flama azul. Entre ellas algunas que implican la transferencia de electrones como las que se dan en el funcionamiento de calculadoras, automóviles, juguetes, termostatos, radios, televisores y muchas cosas más.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Todos estos procesos, es posible expresarlos a través de sus reacciones. Existen reacciones químicas en donde la cantidad de material de los elementos que participan como reactivos, corresponden con la cantidad de de material de los elementos que resultan como productos.

Ejemplo 1 NaOH 39.896 umas

+ +

HCl

NaCl

36.460 umas

=

76.356 umas

+

58.343 umas

=

H2O +

18.013 umas

76.356 umas

Pero, ¿qué pasaría si no fuera así y no se cumple con el equilibrio de materia durante una reacción química? Ejemplo 2 Fe

+

55.847 umas +

HBr 80.911 umas

FeBr2 ≠

215.655 umas +

≠

36.758 umas

+

H2 2.014 umas

217.669 umas

En esta ecuación no existe una equivalencia de masas y número de elementos entre los reactivos y productos, a menos que intentemos igualar el número de átomos en ambos lados de la ecuación colocando coeficientes a la izquierda de las fórmulas. Si a través de prueba y error llegamos a la siguiente conclusión: Fe

+

55.847 umas

+

2HBr

FeBr2

161.822 umas

=

217.669 umas

+

215.655 umas +

=

H2

2.014 umas

217.669 umas

Una vez colocado el coeficiente correspondiente, sí cumplimos con la ley.de la conservación de la materia. No podemos intentar hacer ningún tipo de cálculo estequiométrico en una reacción química, mientras que su ecuación no se encuentre debidamente balanceada. Para ello, analizaremos a continuación un conjunto de métodos que son útiles para balancear ecuaciones. I.3.4.1 BALANCEO POR TANTEO O INSPECCIÓN Este método es eficaz para ecuaciones no complejas, utilizando el sentido común. Consiste en dar coeficientes al azar hasta igualara todas las especies que participan en el fenómeno. Al final siempre se balancean los oxígenos.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Ejemplo 1: Cuando el oxígeno reacciona con el aluminio, se forma el óxido de aluminio, reacción que se expresa mediante la siguiente ecuación: Al

+

26.981 umas

+

O2

Al2O3

31.998 umas

58.962 umas

≠

101.959 uma

≠

101.959 umas

Al analizar esta ecuación, observamos de nuevo que no es correcta, ya que no encontramos equivalencias entre los números de elementos y las masas entre reactivos y productos. Para poder balancear la ecuación es necesario igualar el número de átomos mediante coeficientes, usando los siguientes pasos: Paso 1.- Se asigna al azar un número a la especie del aluminio de la derecha, por ser el compuesto con mayor número de átomos. Al

+ O2

2Al2O3

Paso 2.- Se trata de compensar con el aluminio de la izquierda. 4Al

+

O2

2Al2O3

Paso 3.- A partir del oxido, corregimos el número de oxígenos en los reactivos. 4Al

+

3O2

2Al2O3 Reactivos 4 6

Balance final:

Al O

Productos 4 6

Ejemplo 2: Ca(OH)2

+

H3PO4

Ca3(PO4)2

+

H2

Paso 1.- Podríamos asignar al azar un número a la especie de mayor cantidad de átomos, el Ca3(PO4)2, pero como el calcio en esta molécula se encuentra tres veces, se puede probar con el número, asignándolo a la molécula con calcio de la izquierda, el Ca(OH)2. 3Ca(OH)2

+

H3PO4

Ca3(PO4)2

+

H2

Paso 2.- Ahora, el ión (PO4)-3 aparece en ambos lados de la ecuación y en el lado derecho se encuentra dos veces, por lo tanto se puede colocar ese número en el lado de los reactivos.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 3Ca(OH)2

+

2H3PO4

Ca3(PO4)2

+

H2

Paso 3.- Por último se balancean el número de H y O, quedando de la siguiente manera: 3Ca(OH)2 Reactivos Balance final:

+

2H3PO4

Productos 4 8

Ca P

Ca3(PO4)2

Reactivos 4 8

+

6H2

Productos 12 H 8 O

12 8

I.3.4.2 BALANCEO POR OXIDO-REDUCCIÓN Ó REDOX En muchas reacciones químicas se presenta un fenómeno muy interesante, pues sucede una transferencia de electrones entre las sustancias que participan en el proceso, cambiando con ello su número de oxidación. A este fenómeno se le conoce como Oxido-Reducción o Redox, y se caracteriza porque siempre hay una especie que se oxida y otra que se reduce. Redox proviene de las palabras REDucción y OXidación: Oxidación.- Es la pérdida de electrones que hace que los números de oxidación se incrementen. Reducción.- Ganancia de electrones que da lugar a que los números de oxidación se disminuyan. El número de oxidación de un átomo puede considerarse como el número de electrones ganados, perdidos o compartidos por dicho átomo. Los valores pueden ser números enteros o cero y equivalen a su valencia. En una reacción de Redox las especies en estado elemental tienen número de oxidación cero. Se conoce como estado elemental la forma en que se encuentra un elemento en estado puro (sin combinarse con otro elemento), puede ser atómico como el metal Al, diatómico como algunos gases como la molécula O2 o halógenos y poliatómicos como el azufre S6. Ejemplo 1: Cu

+

HNO3

Cu(NO3)2

+

NO

+

H2O

Paso 1.- Escribir los números de oxidación de todas las especies y observar cuáles son las que cambian. Cu0

+

H+1N+5 O3-2

Cu+2(N+5 O-23)2 +

45

N+2O-2

+

H+12O-2

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Paso 2.- Escribir las hemirreacciones de oxidación y de reducción. Se colocan coeficientes para balancear las hemirreacciones y finalmente indicar el número de electrones ganados o perdidos. El cobre pasa de 0 a +2, por lo tanto gana 2 electrones y el nitrógeno pasa de +5 a +2, por lo tanto pierde 3 electrones. Cu0 N+5

+2e -3e

Cu+2 Reducción N+2 Oxidación

Paso 3.- Igualar el número de electrones ganados al número de electrones perdidos. Para lograrlo se necesita multiplicar cada una de las hemirreacciones por el número de electrones ganados o perdidos de la hemirreacción contraria (o por su mínimo común denominador). 3 [Cu0 + 2 e Cu+2] 2 [N+5 - 3 e N+2] 3 Cu0 2 N+5

+6e -6e

3 Cu+2 2 N+2

Paso 4.- Hacer una sumatoria de las hemirreacciones para obtener los coeficientes, y posteriormente, colocarlos en las especies correspondientes. 3 Cu0

+ 2 N+5

3 Cu+2 + 2 N+2

3 Cu0 + 2 H+1N+5 O3-2

3 Cu+2(N+5 O-23)2 + 2 N+2O-2 + H+12O-2

Paso 5.- Terminar de balancear por tanteo. 3 Cu0

+ 2 H+1N+5 O3-2

3 Cu+2(N+5 O-23)2 + 2 N+2O-2 + H+12O-2

Ejemplo 2: K2Mn2O7

+

H2O

+

S

SO2

+

KOH

+

Mn2O3

Paso 1.- Escribir los números de oxidación de todas las especies y observar cuáles son las que cambian. K+12Mn+62O-27 + H+12O-2 + S0

S+4O-22 + K+1O-2H+1 + Mn+32O-23

Paso 2.- Escribir las hemirreacciones de oxidación y de reducción. Cuando las especies cambiantes tienen subíndices, se escriben con ellos en la hemirreacción, para balancear los átomos, por ejemplo el Mn2. En este caso hay dos átomos de manganeso y uno de azufre en ambos lados, por lo tanto, se encuentran ajustados. En caso de no ser

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II así se colocan coeficientes para balancear las hemirreacciones y finalmente indicar el número de electrones ganados o perdidos.

El manganeso pasa de +6 a +3, por lo tanto gana 3 electrones, pero al ser dos cromos ganan en total 6 electrones y el azufre pasa de 0 a +4, por lo tanto pierde 4 electrones pero al ser nada mas uno, pierde en total los mismos 4 electrones. Mn+62 S02

+6e -4e

Mn+32 Reducción S+4 Oxidación

Paso 3.- Igualar el número de electrones ganados al número de electrones perdidos. Para lograrlo se necesita multiplicar cada una de las hemirreacciones por el número de electrones ganados o perdidos de la hemirreacción contraria (o por su mínimo común denominador). 2 [Mn+62 3 [S02 2 Mn+62 3 S02

+6e -4e

+ 12 e - 12 e

Mn+32] S+4 ] 2 Mn+32 3 S+4

Paso 4.- Hacer una sumatoria de las hemirreacciones para obtener los coeficientes, y posteriormente, colocarlos en las especies correspondientes. 3 S0 + 2Mn+62

3 S+4 + 2Mn+32

2K2Mn2O7 + H2O + 3S

3SO2 + KOH + 2Mn2O3

Paso 5.- Terminar de balancear por tanteo. 2K2Mn2O7 +

2H2O +

3S

3SO2 +

4KOH

+

2Mn2O3

I.3.5 REACTIVO LIMITANTE Cuando se ha balanceado una ecuación, los coeficientes representan el número de átomos, moléculas ó moles de cada reactivo ó producto en cuestión. La Estequiometría se emplea para saber la cantidad de un producto obtenida a partir de una cantida conocida de un reactivo. A veces se cree equivocadamente que en las reacciones se utilizan siempre las cantidades exactas de reactivos. Sin embargo, en la práctica lo normal suele ser que se use un

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II exceso de uno o más reactivos, para conseguir que reaccione la mayor cantidad posible del reactivo menos abundante. Cuando una reacción se detiene porque se acaba uno de los reactivos, a ese reactivo se le llama reactivo limitante, pues determina o limita la cantidad de producto formado y reactivo en exceso al que no se agota cuando, de acuerdo a la estequiometría de la reacción, se ha consumido el reactivo limitante. Según la ley de las proporciones definidas, los demás reactivos no reaccionarán cuando uno de ellos se haya agotado. Una manera de saber cuál es el reactivo limitante, es transformar mediante factores de conversión la cantidad de uno de ellos en correspondencia con otro. Se puede conocer cuál es el reactivo limitante en una reacción, a partir de los siguientes pasos: Paso 1.- Se calcula la masa de los reactivos. Paso 2.- Se establecen renglones de referencia con los datos en gramos ó moles de los reactivos para obtener las proporciones, según sea el caso. Paso 3.- Determinar si la proporción de los reactivos es congruente con la masa dada, y encaso contrario, identificar al reactivo limitante. Ejemplo: Imaginemos que disolvemos 1.0 gramo de nitrato de plata (AgNO3) y 2.0 gramos de cloruro de sodio (NaCl), se producirá la siguiente reacción (dado que el cloruro de plata es muy insoluble se precipitará): ¿Cuál es el reactivo limitante? AgNO3 (aq) 1 mol AgNO3

+

+

NaCl (aq)

1 mol de NaCl

AgCl (s) 1 mol AgCl

+

+

NaNO3 (aq)

1 mol de NaNO3

Paso 1.- Calcular los pesos moleculares del nitrato de plata y el cloruro de sodio: 1 átomo de Ag = 1 x 107.87 = 107.87 umas 1 átomo de N = 1 x 14.00 = 14.00 umas 3 átomos de O = 3 x 15.99 = 47.97 umas 169.87 umas de AgNO3 1 átomo de Na = 1 x 22.98 = 22.98 umas 1 átomo de Cl = 1 x 35.45 = 35.45 umas 58.443 umas de NaCl

48


Paso 2.- Mediante factores de conversión obtener los gramos de cloruro de sodio necesarios para que precipite toda la plata presente en el nitrato de plata. 169.87 g de AgNO3 1.0 g de AgNO3

1 mol de AgNO3 x1 = ¿mol de AgNO3?


Si 1 mol de AgNO3 es equivalente a 1 mol de NaCl Entonces x1 (moles de AgNO3) = x2 (moles de NaCl)


1 mol de NaCl x2 = moles de NaCl


58.44 g de NaCl x3 = g de NaCl

x1 = (1 g de AgNO3) (1 mol de AgNO3) = 0.0058 mol de AgNO3 169.873 g de AgNO3 x3 = (0.0058 mol de NaCl) (58.5 g de NaCl) = 0.339 g de NaCl 1 mol de NaCl Esto quiere decir que para que reaccione 1.0 gramo de nitrato de plata (AgNO3), se necesitan 0.339 gramos de cloruro de sodio (NaCl), sin embargo tenemos 2.0 gramos de este reactivo, lo que hará que se precipite toda la plata (AgCl) antes de que se consuma el total de cloruro de sodio. Por tanto el reactivo limitante es el nitrato de plata. I.3.5.1 RENDIMIENTO Se cree equivocadamente que las reacciones progresan hasta que se consumen totalmente los reactivos, o al menos el reactivo limitante. Esto no es así porque hay muchos factores que intervienen para que una reacción sea totalmente eficiente, como la temperatura, la concentración de los reactivos, la presión (cuando los reactivos son gases), etc. A la cantidad de producto que se obtiene después de una transformación química, se le denomina Rendimiento. El Rendimiento se clasifica de la siguiente manera: 1. Rendimiento teórico.- Cantidad máxima de un producto específico que debiera formarse si todo el reactivo limitante se consumiera durante la reacción.

49

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 2. Rendimiento real.- Cantidad de producto puro que se obtiene en realidad, se le llama simplemente rendimiento o rendimiento de la reacción. Es claro que la recuperación del 100% de la muestra es prácticamente imposible y siempre se cumplirá la siguiente desigualdad Rendimiento de la reacción ≠ Rendimiento teórico 3. Rendimiento porcentual.- Cantidad que relaciona el rendimiento real de la reacción con el rendimiento teórico y se define así: % de Rendimiento = Rendimiento real x 100 Rendimiento teórico

Ejemplo: La reacción de 6.8 gramos de ácido sulfhídrico (H2S) de dióxido de azufre (SO2), según la siguiente reacción, produce 8.2 g de azufre (S). ¿Cual es el rendimiento? 2H2S

+

SO2

3S

+

2H2O

Paso 1.- Determinar la máxima cantidad de S que puede obtenerse a partir de 6.8 g de H2S. H2S = 2 (2x1.008 g + 32.065 g) = 68.162 g S = 3 (32.065 g) = 96.195 g 68.162 g de H2S 6.8 g de H2S

96.195 g de S x = ¿g de S?


x = (6.8 g de H2S) (96.195 g de S) = 9.59 g de S 68.162 g de H2S Paso 2.- Se aplica la fórmula del % de Rendimiento. % Rendimiento = 8.20 g de S x 100 = 85.50% 9.59 g de S I.3.6 RELACIONES ENTRE MOL, MASA Y VOLUMEN Es indispensable que la utilización de las ecuaciones químicas provean información cualitativa y cuantitativa exacta, pues cada símbolo y cada fórmula molecular dentro de la ecuación, significan una cantidad específica para realizar los cálculos.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Por eso al comprobar la ley de conservación de la materia a través del balanceo de ecuaciones, ya se está disposición de llevar a cabo cálculos de proporcionalidad de mol, masa y volumen presentes entre reactivos y productos. Para las relaciones de equilibrio entre los materiales que componen una reacción química se realizan los siguientes cálculos: las relaciones de mol-mol, las relaciones de masa-masa, las relaciones de masa-mol y las relaciones de masa-volumen. I.3.6.1 Relaciones de mol-mol Para llevar a cabo la demostración de las relaciones estequiométricas de molmol, se realizan los siguientes pasos: Paso 1. Escribir la ecuación ya balanceada. Paso 2. Cuantificar el número de moles, de cada componente involucrado y establecer un renglón de referencia con los datos obtenidos. Paso 3. Determinar la razón de moles, entre los componentes involucrados y la sustancia requerida o la incógnita. Paso 4. Expresar el resultado en los términos solicitados y ese será el resultado. Ejemplo: ¿Cuántos moles de fluoruro férrico será posible obtener, cuando reaccionan 5.8 moles de ácido fluorhídrico, a través de la siguiente reacción? Paso 1.2Fe

+

6HF

2FeF3

+

3 H2

Pasos 2 y 3.6 moles de HF 5.8 moles de HF

2 moles de FeF3 x = ¿moles de FeF3?


Paso 4.x = (5.8 moles de HF) (2 moles de FeF3) = 1.93 moles de FeF3 6 moles de HF A partir de este ejercicio, podemos deducir una fórmula general que puede usarse cuando los datos de un problema involucren el mismo planteamiento:

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II moles del producto = (moles del reactivo)(moles del producto balanceado) moles del reactivo balanceado

I.3.6.2 Relaciones de masa- masa Para llevar a cabo la demostración de las relaciones estequiométricas de masamasa, se realizan los siguientes pasos: Paso 1. Escribir la ecuación balanceada. Paso 2. Cuantificar el número de gramos, de cada componente involucrado y establecer un renglón de referencia con los datos obtenidos. Paso 3. Determinar la razón de gramos, entre los componentes involucrados y la sustancia requerida o la incógnita. Paso 4. Expresar el resultado en los términos solicitados y ese será el resultado. Ejemplo Determine ¿cuántos gramos de Al(OH)3 (hidróxido de aluminio) será posible obtener, cuando reaccionan 250 gramos de Al2O3 (oxido de aluminio) con el agua suficiente para favorecer la siguiente reacción? Paso 1.-

Al2O3 +

3H2O

2Al(OH)3

Pasos 2 y 3.101.959 g de Al2O3 250.000 g de Al2O3

155.998 g de Al(OH)3 x = ¿g de Al(OH)3?


Paso 4.x = (250.00 g de Al2O3 ) (155.998 g de Al(OH)3) = 382.501 g de Al(OH)3 101.959 g de Al2O3 A partir de este ejercicio, podemos deducir una fórmula general que puede usarse cuando los datos de un problema involucren el mismo planteamiento: gramosdelproducto=(gramosdelreactivo)(gramosdelproducto balanceado) gramos del reactivo balanceado

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II I.3.6.3 Relaciones de masa-mol Para llevar a cabo la demostración de las relaciones estequiométricas de masa-mol, se realizan los siguientes pasos: Paso 1. Escribir la ecuación balanceada. Paso 2. Cuantifique el número de gramos y de moles de los componentes involucrados en el problema y establecer un renglón de referencia con los datos obtenidos. Paso 3. Determinar la razón de moles y de gramos, entre los componentes involucrados y la sustancia requerida o la incógnita. Paso 4. Expresar el resultado en los términos solicitados y ese será el resultado. Ejemplo ¿Cuántos moles de NaCl (cloruro de sodio), cuando reaccionan 280 gramos de Cl2 con el sodio suficiente para favorecer la siguiente reacción? Paso 1.2Na

+ Cl2

2NaCl

Pasos 2 y 3.70.914 g. de Cl2 280.000 g de Cl2 1 mol de Cl2 x1 = moles de Cl2

2 moles de Cl2 x1 = ¿moles de Cl2? 116.894 g de 2NaCl x2 = ¿g de NaCl?



Paso 4.x1 = (280.000 g de Cl2) (2 moles de Cl2) = 7.89 moles de Cl2 70.914 g de Cl2 x2 = (7.89 moles de Cl2) (116.894 g de 2NaCl) = 922.293 g de NaCl 1 mol de Cl2 A partir de este ejercicio, podemos deducir dos fórmulas generales que pueden usarse cuando los datos de un problema involucren el mismo planteamiento: moles del reactivo = (gramos del reactivo) (moles del reactivo balanceado) masa molecular del reactivo gramosdelproducto=(molesdelreactivo)(gramos del producto balanceado) 1 mol del reactivo

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II I.3.6.4 Relaciones de masa- volumen Para llevar a cabo la demostración de las relaciones estequiométricas de masa-volumen, se realizan los siguientes pasos: Paso 1.- Escribir la ecuación balanceada. Paso 2.- Cuantificar el número de moles y gramos de los componentes involucrados en el problema. Con el número de moles cuantificar los litros del gas en cuestión y establecer un renglón de referencia con los datos obtenidos. Paso 3.- Determinar la razón de moles y de gramos, entre las componentes involucrados y la sustancia requerida o la incógnita Paso 4.- Expresar el resultado en los términos solicitados y ese será el resultado. Ejemplo: Determine ¿Qué volumen (medido en CNTP) de oxígeno es posible obtener en el laboratorio, cuando se calientan 180 gr. de clorato de potasio, a partir de la siguiente reacción? Paso 1.2KClO3

∆

2KCl

+

3O2

Pasos 2 y 3.245.100 gr. de KClO3 180.000 gr. de KClO3 2 moles de KClO3 x1 = moles de KClO3 1 mol de O2 x2 = moles de O2

2 moles de KClO3 x1 = moles de KClO3


3 moles de O2 x2 = moles de O2


22.4 lt. de O2 (CNTP) x3 = litros de O2 (CNTP)


Paso 4.x1 = (180.000 gr. de KClO3 ) (2 moles de KClO3) de KClO3 245.100 gr. de KClO3

= 1.468 moles

x2 = (1.468 moles de KClO3 ) (3 moles de O2) = 2.2 moles de O2 2 moles de KClO3

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II x3 = (2.2 moles de O2) (22.4 lt.de O2) = 49.28 litros de O2 1 mol de O2 A partir de este ejercicio, podemos deducir una fórmula general que puede usarse cuando los datos de un problema involucren el mismo planteamiento, además de dos fórmulas anteriormente razonadas: moles del reactivo = (gramos del reactivo) (moles del reactivo balanceado) masa molecular del reactivo moles del producto = (moles del reactivo)(moles del producto balanceado) moles del reactivo balanceado volumendelgasproducto=(molesdelgasproducto)(volumende1 mol de gas) 1 mol del gas producto

ACTIVIDAD DE APLICACIÒN DEL CONOCIMIENTO Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor: 1. ¿Cuál es la composición centesimal de los siguientes compuestos? a. HgO2 =

b. K2CrO4 =

c. Co(OH)3 =

2. Determine la fórmula mínima de un compuesto que tiene 71.5% en masa de mercurio y 28.5% de bromo: 3. Determine la fórmula molecular de un óxido que tiene una masa de 92 gramos y que mediante un análisis de laboratorio dio como resultado que 3.04 gramos de nitrógeno se encontraban combinados con 6.95 gramos de oxígeno. 4. Si se tienen 20 gramos de cloro, compruebe teóricamente la relación de combinación del elemento variable oxígeno, si se cuenta con las fórmulas: Cl2O, Cl2O3 y Cl2O5 Fórmulas

Masa molecular

% Cl

%O

Ajuste %O / %Cl x 20g

Relación de combinación del O

Balancea por el método de tanteo o inspección las siguientes ecuaciones: a. CaF2 + H2SO4 b.

K + H2O

CaSO4 + HF KOH + H2

5. Balancea por el método REDOX las siguientes ecuaciones: 55

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II a.

Cu + HNO3

b.

KMNO4 + HCl

Cu(NO3)2 + NO + H2O MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O

6. Supongamos que se mezclan 637.2 gramos de amoniaco (NH 3) con 1142 gramos de bióxido de carbono (CO2). ¿Cuál es el reactivo limitante? 2NH3 +

CO2

(NH2)2CO

+

H2O

7. La masa de cloruro antimonioso (SbCl3) que resulta de la reacción de 3.00 gramos de antimonio (Sb) y 2.00 gramos de cloro (Cl), es de 5.05 gramos. ¿Cuál es el rendimiento de la reacción? Sb4

+

6Cl2

4SbCl3

8. ¿Cuántos moles de Cu2S se obtienen cuando se hacen reaccionar 7.9 moles de H2S, mediante la siguiente reacción? 2CuCl + H2S

Cu2S + 2HCl

9. ¿Qué cantidad en masa de cloruro de calcio se obtiene cuando 400 gramos de hidróxido de calcio reaccionan con ácido clorhídrico, mediante la siguiente reacción?: Ca(OH)2 + 2HCl

CaCl2 + H2O

10. ¿Cuántos moles de NiBr2 (bromuro de níquel II) se obtienen cuando 135 gramos de HBr (ácido bromhídrico) reaccionan Ni (níquel), mediante la siguiente reacción?: 2Ni + 4HBr

2NiBr2 + 2H2

11. ¿Qué volumen de oxígeno gaseoso seco, medido en CNTP (condiciones normales de temperatura y presión), se requiere para que se lleve a cabo la siguiente reacción con 8.0 gramos de hidrógeno diatómico ó molecular?: 2H2 + O2

2H2O

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II ACTIVIDAD DE INTEGRACIÓN Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor. 1. Visita alguna industria de tu localidad e investiga con el personal correspondiente: a. ¿Cuáles son las materias primas que requieren y cuáles son los productos que obtienen? b. ¿Qué tipo de operaciones matemáticas involucran en sus procesos? ACTIVIDAD DE APOYO O RETROALIMENTACIÓN EXPERIMENTO: ¡¡OXÍGENO PURO!! Puedes solicitar el apoyo de tu asesor. Realiza tus anotaciones y conclusiones en un cuaderno. Hay algunas sustancias reactivas muy inestables como el agua oxigenada o peróxido de hidrógeno (H2O2). Claro que no es la misma agua oxigenada que nos ponemos para curar nuestras heridas, ya que esta posee una mínima concentración de este compuesto (3%), la que utilizaremos será una de 110 volúmenes que corresponde a una concentración de un 34% (mucho cuidado al manipularla, ya que es corrosiva!). La mezclaremos con permanganato de potasio (KMnO4) un catalizador (sustancia que acelera la reacción) para que se libere ese átomo de oxigeno de cada molécula para pasar de ser inestable a un compuesto estable. El agua oxigenada se quiere “deshacer” del oxígeno que le “sobra, así que continuamente esta perdiendo oxígeno. Pero en este experimento vamos a hacer la reacción más rápida añadiendo permanganato de potasio. Lo que ocurre es que durante esta reacción se generan oxigeno (O2), dióxido de manganeso (MnO2), agua (H2O), e hidróxido de potasio (KOH). En especial hay que tener cuidado con este último, ya que es corrosivo, pero haciendo las cosas correctamente no habrá ningun peligro, basta con diluirlo con bastante agua y deshacerse de ello. MATERIALES:    

Cualquier recipiente de cristal que resista 100ºC Permanganato de potasio (Droguería ó acuario) Agua oxigenada de 110 volúmenes (Farmacia) Pesa ó balanza

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DESARROLLO DEL EXPERIMENTO: Consejos y Advertencias.- Realizar este experimento es muy sencillo, solo basta con seguir unas normas, no muy estrictas pero faciles de entender y seguir. Este experimento da lugar a una reacción exotérmica (que despide calor), por esto lo del recipiente que resista más de 100ºC de temperatura. Si no sabes cual utilizar, cualquier recipiente de laboratorio esta homologado para este tipo de experimentos, pero si no tienes, basta con un recipiente de cristal grueso, como una botella (ya que el agua llega hasta su punto de ebullicion). Una vez recopilados todos los materiales y productos quimicos procedemos a la realizacion del experimento. Se recomienda ser generosos con el peróxido de hidrógeno ya que si queda permanganato sin reaccionar se estará perjudicando a la fauna acuática, porque es un producto muy venenoso (el humo no es toxico). Procedimiento: 1. Pesa el recipiente de cristal, coloca en él 30 Ml de agua oxigenada. Pésa de nuevo el dispositivo y destara (para conocer el peso del líquido). 2. Separa 10 cristales de permanganato potásico y pesarlos. 3. Echa rápidamente los cristales en el peróxido ya que la rección es instantánea. Se producirá una columna de humo blanco (oxigeno y vapor de agua). 4. Los productos líquidos resultantes son dióxido de manganeso, agua no evaporada e hidróxido potásico (producto corrosivo). Este líquido tomará un aspecto marrón quemado, color dado por el dióxido de manganeso. Se recomienda diluirlo con bastante agua y deshacerse de él. Así ya no dará ningun problema.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II CONCLUSIONES: De acuerdo con el experimento anterior, desarrolla en un cuaderno lo que se te pide, y comentalo con tu asesor: 1.- Desarrolla y balancea la ecuación correspondiente: 2.- ¿Qué cantidad de peróxido de hidrógeno estará reaccionando realmente, si la solución la contiene en un 34%? ¿De que cantidad de moles y moléculas estamos hablando? 3.- ¿Cuál, en un momento dado puede ser considerado como el reactivo limitante? 4.- ¿Cuál es la cantidad esperada de cada uno de los productos (relación de masa-masa)? 5.- Calcula la cantidad de oxígeno desprendido, en masa y volumen, en virtud de que se conocen las cantidades esperadas de todos los productos: 6.- ¿Cuál es el rendimiento teórico, el real y el porcentual en esta reacción?

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ACTIVIDAD PREVIA Para poder manejar en forma adecuada la información contenida en el BLOQUE II, es necesario que estés familiarizado con los siguientes conceptos. Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor: a. b. c. d. e. f. g.

Medio ambiente Recursos naturales: Aire, agua y suelo Actividades antropogénicas Desechos urbanos e industriales Tóxicos Poder reductor y poder oxidante Radicales libres ACTIVIDAD DE INDAGACIÓN

Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor: 1. Investiga, ¿Cuales son las instancias de tu localidad que se encargan del cuidado del medio ambiente y qué políticas ó medidas aplican en este sentido? 2. Indaga en alguna industria importante de tu localidad: ¿Qué tratamiento(s) les dan a sus desechos antes de incorporarlos al medio ambiente? LECTURA 2.- LA LLUVIA Ó SEDIMENTACIÓN ÁCIDA Una de las maneras tradicionales de obtener el agua que los seres vivos necesitamos para vivir, es su captación a través del agua de lluvia, pero ahora sucede que ésta se vuelve cada vez mas envenenada a causa de sustancias tóxicas contenidas en el aire que promueven un fenómeno conocido como lluvia ácida. Estos tóxicos derivan de fuentes antropogénicas (básicamente por los combustibles que se queman en la industria, transporte y hogar, o algunos fertilizantes aplicados a los cultivos), ó en menor proporción, de fuentes naturales (como es el caso del vulcanismo, géiseres, pantanos y seres vivos en estado de descomposición). En regiones con aire limpio, la lluvia puede alcanzar valores de pH de hasta 5.6 unidades debido a la formación de ácido carbónico (H2CO3) en el ambiente, compuesto que resulta de la reacción del dióxido de carbono (CO2) atmosférico, con la humedad (H2O). Sin embargo, bajo estas condiciones, la acidez de la lluvia se considera natural y no daña al ambiente, incluso se considera indispensable para conservar el equilibrio ecológico.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II En cambio la denominada técnicamente lluvia ácida ó depósito húmedo, se forma generalmente en las nubes altas cuando impurezas atmosféricas como el dióxido de azufre (SO2) y los óxidos de nitrógeno (NOx), reaccionan con la humedad (H2O), propiciando la formación de ácido sulfúrico (H2SO4) y ácido nítrico (HNO3) respectivamente, mismos que se disuelven fácilmente formando soluciones acuosas, que luego son arrastradas por las diferentes formas de precipitación hacia las partes aéreas bajas. En zonas muy contaminadas esta acidez llega a alcanzar valores tales como el zumo de limón o el vinagre. Este fenómeno puede darse también en estado seco. La incineración de residuos produce gases y partículas sólidas en suspensión (PSS) que se revierten a la superficie por la acción de la gravedad en forma de compuestos ácidos, ya que la mayoría estos materiales son susceptibles de sufrir este tipo de transformación. De hecho, casi la mitad de la acidez de la atmósfera es de este tipo. Ya en el pasado, el hombre se daba cuenta que la suciedad que salía por las chimeneas de las casas y fábricas podía contaminar la atmósfera volviéndola ácida y es posible que sus efectos sean el resultado de siglos de actividad humana. Hoy por hoy, este problema se ha convertido en una de las amenazas de la contaminación más significativas, precisamente por sus derivaciones a largo plazo. Aunque la emisión de los precursores que originan este tipo de depósitos está en función de las actividades socioeconómicas de cada región, uno de los grandes problemas es que se desplazan lejos de donde se forman, debido a los fenómenos meteorológicos los arrastran y caen después en otro lugar, afectando a los seres vivos, al agua, al suelo, a edificios y monumentos. Por mencionar algunos ejemplos, Escocia, sufre la lluvia ácida que producen las fábricas de Inglaterra, en Escandinavia, centenares de lagos se encuentran sin vida a causa de la lluvia ácida que el viento ha traído del Reino Unido y desde los años treinta, la acidez de algunos lagos de Suecia se ha multiplicado por mil. También está el caso de los suelos, que aunque poseen ciertos mecanismos para regular la acidez producida por causas naturales, esta misma puede verse incrementada en zonas como las de alta montaña, donde la niebla llega con cantidades importantes de estos contaminantes ó en los sitios donde los suelos no son tan buenos amortiguadores y los aportes son muy superiores a lo que de forma corriente puede reciclarse. Los daños a los seres vivos se exhiben de diferentes formas. Un cambio en una unidad de pH basta para romper los ciclos biológicos y reproductivos de líquenes, hongos y moluscos, alterando también los siguientes niveles de la cadena trófica, pues propician el hambre de quienes los consumen y en consecuencia daños irreversibles al ecosistema. En los bosques, si bien la lluvia ácida no mata directamente a los árboles, si actúa a través de ciertos mecanismos que los debilitan, haciéndolos más

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II vulnerables a la acción del viento, el frío, la sequía, las enfermedades y los parásitos. La acidez afecta directamente las hojas de estos vegetales, despojándolas de su cubierta cerosa y provocando pequeñas lesiones que alteran la acción fotosintética. Con ello, las plantas pierden hojas y así, la posibilidad de alimentarse adecuadamente.

En ocasiones la lluvia ácida propicia que ciertos elementos contenidos en el suelo, como el aluminio, penetren a los vegetales y se impida la adecuada absorción de nutrientes a través de las raíces. El incremento de ácidos en el suelo acelera también la lixiviación de nutrientes como el calcio, que son vitales para el óptimo crecimiento de las plantas ó el desarrollo normal de los huevos en los peces. En zonas afectadas por lluvia ácida con alto contenido de metales pesados, es posible que por su alta residualidad, éstos sean absorbidos por plantas y líquenes en los ámbitos terrestres, o por las algas en los ecosistemas acuáticos y provoquen daño en los organismos superiores que les preceden, como peces, aves, mamíferos, etc., incluyendo el hombre, acumulando cantidades considerables de estos metales en sus tejidos La lluvia ácida ocasiona además efectos nocivos indirectos en la salud humana, ya que disuelve metales y sustancias tóxicas de suelos, rocas, conductos y tuberías que son transportados hacia los sistemas de agua potable. Ésta, por ejemplo, es una de las causas del síndrome de Alzheimer, enfermedad que afecta a las personas mayores que provoca pérdidas de memoria e incapacidad de concentración. Los ácidos, dentro del entorno natural, perjudican también a los materiales utilizados en la manufactura de edificios, estatuas, vidrieras, pinturas y otros objetos a los cuales deteriora y llega a destruir. Cuando el ácido contacta con materiales tales como roca arenisca, piedra caliza y mármol los erosiona, a los metales los oxida, a los colores de las pinturas los estropea, al cuero lo debilita y en la superficie del vidrio forma una capa superficial salina muy dura, ocasionando daños irreparables.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II En algunas zonas del mundo antiguo, existen ruinas de de invaluable valor arqueológico que han desaparecido o están en vías de hacerlo a causa de este factor. Tal es el caso de los trabajos de la catedral de Saint Paul en Londres, la Acrópolis en Atenas, los monumentos mayas y la fortaleza de San Juan de Ulua, tallados en piedra; las estatuas realizadas por Miguel Ángel en Roma y El Taj Mahal en la India, esculpidos en mármol ó algunas imágenes religiosas de templos asiáticos y la Catedral de Cracovia en Polonia, elaborados a base de metal. La infraestructura es también afectada por la lluvia ácida, en fechas recientes han llegado a colapsar puentes como consecuencia de un desgaste por corrosión en sus materiales, ya que no se especificó en la construcción de los mismos como atender este tipo de problemas. Las maquinarias, engranes, automóviles etc. son continuamente corroídos por estos fluidos y dicho efecto arroja pérdidas multimillonarias. Aunque muchos países ya aplican las suficientes medidas, el problema no ha quedado resuelto. Tenemos que tomar medidas al respecto, entre ellas están: trabajar con la contaminación de las centrales energéticas, eliminar la contaminación de los tubos de escape usando catalizadores, usar preferentemente transportes públicos ó alternativas como la bicicleta, reducir el consumo doméstico de energía y fomentar la investigación e introducción de energías alternativas como la solar o la eólica. Por otra parte, aumentar las leyes que regulen la producción de contaminación e insistir en su aplicación. La Tierra es un patrimonio de todos y algo que tenemos que tratar muy bien, igual que como ella nos trata a nosotros. Porque queremos la vida y esperamos un futuro alentador, tenemos que tomar acciones.

ACTIVIDAD DE ANÁLISIS Y REFLEXIÓN Tomando en cuenta lo expuesto en la lectura anterior, contesta lo siguiente. Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor: 1. ¿Te ha tocado vivenciar en tu entorno daños como los que menciona la lectura? 2. ¿Crees que los conocimientos de Química son importantes para cuantificar y resolver este problema? ¿Por qué? 3. ¿Cómo consideras que tú podrías contribuir para reducir los daños por lluvia ácida?

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II. INTRODUCCIÓN Hoy se confronta la amenaza ambiental más crítica de la historia: deterioro del suelo, del agua y de los recursos esenciales para la producción alimentaria en ascenso, contaminación atmosférica con efectos directos sobre la salud, pérdida de biodiversidad, daños a la capa de ozono y al cambio climático global. Simultáneamente, se encaran graves problemas humanos como la pobreza y el crecimiento demográfico incontrolado. La evaluación del impacto ambiental, se ha vuelto una herramienta indispensable en el complejo proceso conocer los objetivos, estrategias y la visión conceptual en la planeación del desarrollo. La visión moderna del desarrollo no sólo busca elevar los niveles de bienestar de las sociedades humanas, sino que se preocupa por la posibilidad de heredar a las generaciones futuras un planeta con aceptables niveles de salud ambiental y económica. De aquí, que el análisis del comportamiento humano, obligue a modificar actitudes y redefinir las tendencias que apuntan hacia un ecocidio. La sobrepoblación incidirá sobre mayores cantidades de alimentos y mejores espacios y a un crecimiento económico que aplicará una dramática presión sobre los recursos naturales. II.1 CONTAMINACIÓN La contaminación es cualquier tipo de sustancia o forma de energía que puede provocar desequilibrio en un determinado ecosistema, medio físico o ser vivo. Consiste básicamente en la introducción de impurezas por encima de la capacidad del medio ambiente para eliminarlas, hasta el punto de imposibilitar el bienestar, la salud y hasta la vida misma. Muchas sustancias diferentes son consideradas contaminantes, desde simples iones inorgánicos hasta complejas moléculas orgánicas. Los contaminantes se dividen en varias clases. Cada clase de contaminante tiene sus maneras específicas de introducirse en el medio ambiente y sus peligros. Todas ellas incluyen contaminantes importantes que son conocidos debido a sus diversos efectos. De acuerdo a su naturaleza, los contaminantes se clasifican en: 1. Físicos.- Son fenómenos que modifican la mecánica natural del medio. Aparecen por episodios de contaminación como por ejemplo, aspecto, color, olor, turbidez, sabor, temperatura, conductividad eléctrica, etc. 2. Químicos.- Son aquéllos que modifican la composición natural del medio, como por ejemplo, la generación de gases tóxicos cuando se queman combustibles, la acumulación de resíduos con los vertidos domesticos ó industriales. Pueden ser inorgánicos u orgánicos (moléculas que veremos más adelante en el Bloque IV, por lo que no debes preocuparte si de momento no las identificas plenamente). 65

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Según su mecanismo dentro del medio ambiente se clasifican en: a. Biodegradables.- Transformables por mecanismos biológicos que pueden conducir a la mineralización. b. Persistentes.- No sufren biodegradación en un medio ambiente en particular o bajo un conjunto de condiciones experimentales específicas. c. Recalcitrantes.Intrínsecamente resistentes a la biodegradación. 3. Biológicos.- Se deben a las inoculaciones de microorganismos en un medio. Estos pueden ser patógenos, inocuos o de gran utilidad para la autodepuración. Atendiendo a su fuente ó derivación, los contaminantes pueden ser: 1. Naturales.- Cuando son originados por la dinámica terrestre y pueden ser de origen geológico ó biológico. Algunos ejemplos son: las erupciones volcánicas, la acumulación espontánea de material (metales, polen, esporas, hojas, excrementos de animales), las tempestades de polvo y los desastres como los incendios. Normalmente las fuentes de contaminación natural son muy dispersas y no provocan concentraciones altas, excepto en lugares específicos. Estos residuos son eliminados en forma corriente por la capacidad autodepuradora del medio. 2. Humanos ó antropogénicos.- Son originados por la no planeación e irresponsabilidad en el quehacer de los humanos. Las principales fuentes antropogénicas de contaminación son la producción de energía, las actividades industriales, las actividades agrícolas y la eliminación de residuos. En la actualidad, son la fuente de contaminación más importante y más peligrosa. Se ubica principalmente dentro de zonas urbanas. Conforme a su procedencia, exhiben dos variantes: 1. Primarios.- Son aquéllos que llegan al medio directamente desde las fuentes emisoras. Por ejemplo las impurezas procedentes de las erupciones volcánicas. 2. Secundarios.- Son aquéllos que se generan cuando se provoca en los contaminantes primarios una serie de reacciones que los transforman. Por ejemplo, cuando la luz solar incide sobre algunas sustancias presentes en la atmósfera y las transforma en radicales altamente reactivos. II.2 TIPOS DE CONTAMINACIÓN Los tipos de contaminación más importantes son los que afectan a los recursos naturales básicos: el aire, los suelos y el agua. Existen diferentes tipos de

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II contaminación que dependen de determinados factores y que afectan distintamente a cada ambiente. II.2.1 CONTAMINACIÓN DEL AIRE Aunque no se puede ver y tampoco oler, el aire está a nuestro alrededor en la capa que rodea a la Tierra denominada Atmósfera. El aire ahí contenido es uno de los factores determinantes de la vida en la Tierra e interviene en muchos aspectos: sirve como medio de transporte para las aves e insectos; dispersa las semillas de las plantas de una zona a otra para que se reproduzcan; permite el vuelo de aviones, helicópteros y hasta de naves espaciales; es una fuente de energía, utilizada para obtener agua, moler granos para preparar harina y generar electricidad, etc. Además, diariamente todos los organismos dependemos de este coctel de gases, nuestros pulmones filtran alrededor de 15 kg de aire atmosférico al día. La atmósfera puede ensuciarse de muchas maneras se produce como consecuencia de la emisión indiscriminada de sustancias tóxicas en ella y cuando esto sucede se dice que el aire está contaminado. Las erupciones volcánicas son una fuente importante de contaminación del aire. Una erupción puede ir desde la emisión de grandes cantidades de partículas y gases hasta la generación de importantes movimientos telúricos y la emisión de roca líquida o lava. Las consecuencias de una erupción volcánica son impredecibles y sus efectos se mantienen presentes por mucho tiempo. Por otra parte, el hombre siempre ha arrojado al medio ambiente materiales que pueden considerarse como contaminantes atmosféricos (humo, vapores y partículas), sin embargo, es a partir del desarrollo industrial es que esta acción adquiere proporciones considerables, no sólo por la cantidad de contaminantes, sino por la naturaleza y calidad de éstos. El microclima de una determinada región, influye de manera decisiva en la presencia de contaminantes atmosféricos y los efectos que éstos pueden tener. Los vientos, la temperatura y la radiación solar modifican de manera drástica la dispersión de contaminantes y la presencia de reacciones químicas que acentúan o atenúan la contaminación. El viento contribuye a dispersar los contaminantes disminuyendo así su concentración, esparciéndolos en áreas mayores. El aumento de la temperatura acelera ciertas reacciones, que aunadas al efecto luminoso de la radiación solar (reacciones fotoquímicas) hacen más enérgica la reacción de los contaminantes.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Por otra parte, en las regiones altamente contaminadas se manifiestan algunos fenómenos atmosféricos muy característicos como: la lluvia ácida, el efecto invernadero y la inversión térmica. En la actualidad, las principales fuentes de emisión antropogénica de estos contaminantes provienen de las emisiones domésticas e industriales, los vehículos de motor y la incineración de basura. Por la complejidad sus combinaciones y de la manera en que actúan, los riegos de los contaminantes atmosféricos son difíciles de estimar con exactitud. II.2.1.1 CONTAMINANTES DEL AIRE Los principales contaminantes atmosféricos son: 1. Monóxido de Carbono (CO), bióxido de carbono (CO2) y el efecto invernadero. El monóxido de carbono (CO), es un gas no irritante, incoloro, inodoro, insípido y muy tóxico. Tiene como fuente natural, aunque en baja proporción, los gases volcánicos, los gases emanados de los pantanos y de las minas de carbón, las tormentas eléctricas, la fotodisociación del CO2 en la atmósfera superior, los incendios, así como el metabolismo de plantas y animales acuáticos y terrestres. Se vuelve un contaminante importante por el volumen que alcanza en al atmósfera, debido a la combustión de materia orgánica como la madera, el carbón o el petróleo y la mayor fuente de producción la propician los motores de combustión interna. Otras fuentes son las industrias que utilizan combustibles fósiles en sus fraguas, calderas e incineradores, la detonación de explosivos y los escapes en instalaciones deterioradas de calefacción y estufas. Se halla en altas concentraciones en lugares cerrados, como por ejemplo garajes y túneles mal ventilados, e incluso en caminos de tránsito congestionado. Se forma partir de combustiones con insuficiencia de oxígeno, donde ocurre la siguiente reacción: 2C

+

O2

2CO

Su concentración promedio en la atmósfera es de 0.1 partes por millón (ppm) y puede alcanzar hasta 115 ppm en embotellamientos de automóvil. Una forma natural de consumo de CO es su reacción química con los radicales hidroxilo (OH)- ambientales: CO + 2(OH) -

CO2 + H2O 68

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II El CO debe su toxicidad en los seres humanos a su capacidad para combinarse con la hemoglobina produciendo la carboxihemoglobina (COHb), la cual se vuelve incapaz de transportar el oxígeno porque el CO y el O2 compiten por el mismo lugar y la afinidad química de la hemoglobina por el CO es 220 veces mayor que por el oxígeno. Un sujeto envenenado por CO en la sangre tiene un tiempo de vida media de 320 minutos. Si se aplica oxígeno puro el tiempo de vida media se reduce a 80 min ya que el equilibrio se desplaza hacia la formación de oxihemoglobina según la ecuación química: CO + O2Hb

O2 + COHb

El grado de toxicidad del CO depende de la concentración y del tiempo de exposición del individuo, los daños pueden ser desde ligeros malestares hasta la muerte. El bióxido de carbono (CO2), es un gas ligeramente tóxico, inodoro e incoloro y con un sabor ácido. Este contaminante tiene como fuente principal la quema de combustibles fósiles, mismos que se mantuvieron por miles de años sedimentados en las profundidades y que ahora son utilizados como gas, petróleo y gasolina. Esto ha propiciado la circulación de enormes cantidades de bióxido carbono en la atmósfera, acumulándolo y alterando considerablemente el ciclo natural del carbono. El ciclo del carbono constituye un enlace indispensable que une al Sol con la Tierra gracias a un intercambio bioquímico, que permite que la energía luminosa se incorpore a los sistemas vivientes mediante los procesos de fotosíntesis y respiración. Estos procesos se han utilizado en la Tierra por miles de años para hacer que circule el CO2, Se estima que en condiciones naturales el CO2 tarda alrededor de 300 años para completar este ciclo. El CO se forma a partir de la combustión del carbono en una atmósfera con oxígeno de sobra. Igualmente se genera por oxidación del monóxido de carbono: C + O2

CO2

2CO + O2

2CO2

Además reacciona con el agua atmosférica produciendo un ácido débil, el ácido carbónico cuya reacción se representa mediante la ecuación química: CO2

+

H2O

H2CO3

El efecto invernadero está asociado directamente con la acumulación de bióxido de carbono en la atmósfera y su impacto aumenta en la medida que 69

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II consumimos combustibles fósiles, permitimos la tala de bosques en toda la superficie terrestre y continuamos contaminando el mar con desechos y derrames de productos químicos. Otros contaminantes que también contribuyen al efecto invernadero son el metano (CH4) y los clorofluorocarbonos (CFC's), mismos que fomentan el calentamiento global del planeta y que muchos investigadores afirman que está ocurriendo, con consecuencias tales como el derretimiento de los polos. Estos efectos tienen además, un ritmo estacional. En altas latitudes (al norte) se incrementa significativamente en el invierno cuando baja la actividad fotosintética en los bosques de hoja caduca y se acentúa por el incremento en el uso de combustibles para mantener los sistemas de aire acondicionado.

2. Óxidos de azufre (SOx), óxidos de nitrógeno (NOx) y la lluvia ácida. A diferencia del CO y de los óxidos de nitrógeno, que pueden permanecer alrededor de 3 años en la atmósfera, los óxidos de azufre sólo tienen un período de residencia de 3 ó 4 días, sin embargo, sus efectos contaminantes son muy importantes. El bióxido de azufre (SO2), es un gas denso, incoloro con olor a azufre quemado de sabor ácido picante y muy tóxico. Es percibido por el olfato en concentraciones de 3 a 5 partes por millón (ppm). Se produce principalmente por la combustión de compuestos que contienen azufre como carbón y aceite, especialmente en usinas térmicas, ciertos procesos industriales, tales como la fabricación de papel y la fundición de metales, durante ciertos procesos industriales y en la producción de acero. En condiciones adecuadas el azufre reacciona con el oxígeno del aire produciendo dióxido de azufre (SO 2). S

+

O2

SO2

Cuando se incrementa, induce al aumento de la frecuencia respiratoria y el pulso; produce una fuerte irritación en ojos, nariz, garganta, agrava la crisis asmática y recrucede las alergias respiratorias. Si la concentración y el tiempo 70

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II de exposición aumentan, se producen afecciones respiratorias severas. Una exposición a 400 - 500 partes por millón (ppm), aunque sea corta, puede resultar fatal para el organismo al producir y agravar ciertos padecimientos cardiovasculares. El trióxido de azufre, (SO3), en condiciones normales se presenta como un sólido incoloro de textura fibrosa, pero en condiciones estándar (a 25ºC y 1 atm) como un gas. Es un deshidratante poderosísimo, se obtiene por oxidación del anhídrido sulfuroso, SO2. 2SO2

+ O2

2SO3

Es muy reductor y soluble en agua. Actúa como el principal agente de la lluvia ácida ya que puede reaccionar con el vapor de agua del aire produciendo ácido sulfúrico. Al mismo tiempo, el calentamiento de ácido sulfúrico desprende SO 3. Estos procesos se representan mediante las siguientes ecuaciones químicas: SO2

+

SO3

+

H2SO4

H2O

H2SO3

H2O

H2SO4

∆

SO3

+

H2O

El ácido sulfúrico es muy tóxico para todos los seres vivos. También daña a los edificios y monumentos. Al reaccionar con el carbonato de calcio lo destruye produciendo bióxido de carbono, agua y sulfato de calcio, proceso que se representa mediante la ecuación química: H2SO4 + CaCO3

CaSO4 + CO2 + H2O

Distinto es el caso del nitrógeno, que no reacciona fácilmente con el oxígeno (por eso el aire se mantiene como una mezcla de nitrógeno y oxígeno, principalmente) pero en condiciones de alta temperatura o descargas eléctricas, reaccionan produciendo los óxidos de nitrógeno que son: el monóxido de nitrógeno (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO 2) que se mantiene como mezcla en equilibrio con su dímero, el tetróxido de dinitrógeno (N2O4). N2

+

O2

2NO

+

O2

2NO 2NO2

2NO2

N2O4

El dióxido de nitrógeno (NO2), es un gas incoloro que en grandes concentraciones puede dar una coloración café pardo. Se forma como subproducto en los procesos de combustión a altas temperaturas, como en 71

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II los vehículos motorizados y las plantas eléctricas. Irrita pulmones, ojos, nariz y garganta, además de que abate la resistencia del organismo para contraer diferentes infecciones respiratorias, como la gripa y la influenza. La exposición prolongada o crónica produce lesiones pulmonares. Puede permanecer residente en el medio hasta 3 años. Por regla general todos los óxidos de nitrógeno se transforman en dióxido de nitrógeno en el aire, por eso la observación se centra en él. El monóxido de nitrógeno (NO), se forma por la descomposición del dióxido de nitrógeno con la acción de la luz solar, generando también oxígeno atómico (que es muy reactivo). NO2

+

NO + O –

hv (radiación solar)

Por otra parte, el bióxido de nitrógeno se combina con el agua atmosférica produciendo ácido nítrico y óxido nítrico, o bien ácido nítrico y ácido nitroso, según la cantidad de moléculas de bióxido de nitrógeno que reaccionen con el agua. Estos ácidos se acumulan con los generados a partir de las reacciones con los oxidos de azufre contribuyendo a formar también el fenómeno denominado lluvia ácida. 3NO2

+

H2O

2HNO3

2NO2 +

H2O

HNO3 +

+

NO HNO2

Los efectos de la lluvia ácida son muy importantes tanto en las grandes ciudades donde reducen significativamente la visibilidad y aceleran la corrosión de edificios y monumentos, como en el campo, porque imposibilitan el metabolismo de los vegetales y producen la acidez de lagos, ríos y suelos (como ya se expuso en forma detallada en la Lectura de la Actividad de Análisis y Reflexión de este Bloque). 3. El ozono (O3) y la capa de ozono El ozono (O3) es una variedad de oxígeno, que a diferencia de éste, contiene tres átomos de oxígeno en lugar de dos. Es un gas de color azul pálido que al licuarse forma un líquido azul oscuro. Los vehículos y la industria constituyen las principales fuentes del ozono en la atmósfera baja. A esta altitud, el ozono es un contaminante de alta toxicidad que afecta la salud, el medio ambiente, los cultivos y una amplia diversidad de materiales naturales y sintéticos. Se forma casi en cualquier sitio, desde las grandes industrias, las estaciones de gasolina, las pequeñas fábricas o las tintorerías por la descomposición (oxidación) de los compuestos orgánicos volátiles. La oxidación se produce rápidamente en las zonas de alta temperatura en el ambiente. Se obtiene de la reacción de una molécula de oxígeno con oxígeno atómico, mediante la siguiente reacción. O-

+

O2

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O3

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Se descompone rápidamente en oxígeno a temperaturas mayores a 100º C y a temperatura ambiente en presencia de catalizadores como el dióxido de manganeso, MnO2. El ozono al igual que los demás peróxidos es muy reactivo y reacciona también con el óxido nítrico produciendo dióxido de nitrógeno y oxígeno. O3

+

NO

NO2

+

O2

Químicamente es muy activo, es un oxidante muy fuerte por lo que se usa también como germicida (mata organismos infecciosos). Diluido se usa para esterilizar el agua, purificar el aire y llevar a cabo reacciones de oxidación en compuestos orgánicos. La inhalación del ozono ocasiona irritación del tracto respiratorio, dolor en el pecho, tos persistente, dificultad para respirar, irritación en la nariz y la garganta, agrava las enfermedades crónicas como el asma, bronquitis, enfisema y trastornos cardiacos. A nivel de medio ambiente, es perjudicial para los árboles y reduce la visibilidad. El ozono de las capas superiores de la atmósfera es benéfico. Forma de manera espontánea la llamada Capa de Ozono, la cual protege a la Tierra de la acción de los rayos ultravioletas. La capa de ozono absorbe las radiaciones que son dañinas para los seres vivos porque producen alteraciones en el ácido desoxirribonucleico (DNA). Se calcula que hay 12 partes por millón (ppm) de ozono en la atmósfera. Esta cantidad es menguada por sustancias oxidantes presentes como algunos compuestos orgánicos clorados, compuestos de nitrógeno y otros, lo que indica que debemos evitar destruirlo con este tipo productos. Otros componentes menos frecuentes que dañan la capa de ozono son: peróxido de hidrógeno (H2O2), halógenos y sus derivados (Cl2, HF, HCl, haluros), arsénico (As) y sus derivados, ciertos componentes orgánicos como aldehídos y cetonas, metales pesados como Pb, Hg, Cu, Zn, la contaminación radiactiva a partir de radiaciones ionizantes o la contaminación sonora a expensas del ruido.

4. Plomo (Pb) El plomo es un elemento metálico, denso de color gris azulado de brillo metálico. Es blando, maleable y dúctil, se empaña al contacto con el aire por formación de óxido,

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II reacciona lentamente con el agua formando hidróxido de plomo, que es ligeramente soluble. Los compuestos solubles de plomo son venenosos. La fuente primaria de contaminación del aire por plomo ha sido el uso de combustibles con plomo en los automóviles. Debido a que el plomo no se consume en el proceso de combustión, se emite como material particulado. Uno de los más grandes éxitos ambientales de los dos últimos decenios, ha sido la reducción de plomo en el aire gracias a la sustitución de gasolinas con plomo por gasolinas sin plomo. Sin embargo la inhalación e ingestión de plomo puede tener lugar a partir de otras fuentes, tales como la pintura para paredes y automóviles, los procesos de fundición, la fabricación de baterías de plomo, los señuelos de pesca, ciertas partes de las balas, algunos artículos de cerámica, las cañerías de agua y algunas tinturas para el cabello. Un gran número de estudios científicos ha documentado los efectos nocivos de la exposición al plomo. Es un contaminante tóxico para los humanos, su difícil remoción del cuerpo hace que se acumule en varios órganos y pueda dañar el sistema nervioso central. La intoxicación aguda produce síntomas como diarrea, vómito, cólico, convulsiones y dolor de cabeza. Su eliminación del cuerpo es posible mediante tratamientos médicos, aunque el daño provocado principalmente al sistema nervioso no es reversible. Los niños con altos niveles de plomo en la sangre presentan desordenes en su comportamiento social y un desarrollo mental restringido con efectos neuroconductuales irreversibles. Ciertos productos químicos que contienen plomo son cancerígenos. El plomo también ocasiona daños a la fauna y flora silvestres. 5. Clorofluorcarbonos (CFC) Son sustancias químicas orgánicas que pertenecen a los hidrocarburos, mismos que presentan sustituciones con átomos de flúor, cloro y bromo. Se utilizan en gran cantidad en la industria, en sistemas de refrigeración como anticongelantes o en el sistema de aire acondicionado (especialmente de automóviles), en la limpieza de materiales de la industria electrónica, espumas plásticas, etc. y en la elaboración de bienes de consumo como propelentes de aerosoles en aromatizantes y cosméticos. Son compuestos muy estables, que no son inflamables ni tóxicos, lo que les da una larga vida en la atmósfera, por eso cuando comenzaron a fabricarse en los países industrializados, se creía que químicamente eran inertes, pero después se descubrió que por encima de los 20 km, en la estratosfera, tienen una capacidad química destructiva desmesurada.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Son, por otra parte, grandes esponjas del calor. Una sola molécula de CFC es aproximadamente diez mil veces más eficaz que una molécula de dióxido de carbono intensificando el efecto invernadero Al entrar en la zona fotoquímica, son desintegrados por la acción de los rayos UV, que cortan los enlaces químicos de sus componentes. De este modo liberan átomos de cloro, los que inmediatamente buscarán una molécula de ozono alterando el equilibrio del sistema O3 - O2. Se considera que un sólo átomo de cloro destruye hasta 100 mil moléculas de ozono. Las ecuaciones químicas que representan el proceso son: radiación UV

CFCl3

CFCl2 + Cl -

El ión cloro reacciona con el ozono resultando monóxido de cloro y oxígeno común. Cl -

+

O3

ClO

+

O2

El monóxido de cloro vuelve a reaccionar con el oxígeno, resultando de nuevo cloro libre y oxígeno. El cloro libre continuará con la primera reacción en forma encadenada. Cl - + O2

ClO + O

La disminución del O3 comenzó a ser detectada por los científicos de la Universidad de California, quienes dieron la voz de alarma sobre la acción destructiva de los CFC. Indicaron que no eran eliminados por las lluvias ni se disolvían en el mar por su relativa insolubilidad en agua. En 1985 se logró comprobar que la radiación UV perjudicial del Sol había aumentado 10 veces y que la Capa de Ozono sobre la Antártica había disminuido en 40%. Otros compuestos sintéticos relacionados con los CFC que dañan en forma significativa la Capa de Ozono como son las brominas, formadas por moléculas de bromo. Estos compuestos se utilizan preferentemente en la fórmula concentrada de extintores de incendios. El Br libre en la atmósfera, igual que el Cl, ataca directamente al O3, desprendiendo óxido de bromo y óxigeno molecular. Br + O3

BrO + O2

6. Hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) Son compuestos químicos orgánicos que se componen de dos ó másanillos aromáticos de seis carbonos que se han unido. En estado puro generalmente son sólidos incoloros, blancos o amarillo-verde pálido. Los HAPs se encuentran en petróleo crudo, creosota y alquitrán. Pueden encontrarse también en el aire adheridos a partículas de polvo ó evaporarse al aire fácilmente del suelo o de aguas superficiales. Por otro lado,

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II son componentes del medio interestelar, en cometas y en meteoritos, y son candidatos a moléculas básicas en el origen de la vida. Como contaminantes, forman un grupo de más de 100 sustancias químicas diferentes que se generan en los procesos industriales de manufactura de productos químicos, productos para limpieza en seco, imprentas, vehículos, etc. y durante la combustión incompleta del carbón y combustibles fósiles. También surgen de la quema de basuras y otras sustancias orgánicas como tabaco y carne preparada en la parrilla. Se consideran compuestos orgánicos persistentes. Se degradan en un período de días a semanas al reaccionar con luz solar o con otras sustancias químicas en el aire. Sus propiedades semivolátiles les otorgan gran movilidad. Como característica común presentan una baja solubilidad en agua, además de ser lipofílicos (solubles en grasas). Han despertado preocupación debido a que que afectan la salud y el medio ambiente. Algunos de estos compuestos han sido identificados como carcinógenos, mutágenos y teratógenos. Ciertas personas que han respirado o tocado mezclas de HAPs por largo tiempo han contraído cáncer, malformaciones congénitas, transtornos del sistema nervioso y hasta la muerte. Algunos han producido cáncer en animales de laboratorio que los respiraron, comieron o se les aplicó en la piel. Algunos compuestos HAP Compuesto químico

Fórmula

Compuesto químico

Antraceno

Benzo[a]pireno

Criseno

Coroneno

Coranuleno

Naftaceno

Naftaleno

Pentaceno

Fenantreno

Pireno

Trifenileno

Ovaleno

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Fórmula

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 7. Compuestos orgánicos volátiles (VOC). Son sustancias químicas orgánicas que contienen además de carbono, hidrógeno y oxígeno, elementos como nitrógeno, flúor, cloro, bromo y azufre. Son inflamables, emiten vapores con gran facilidad a temperatura ambiente ó por la quema de combustibles como la gasolina, madera, carbón ó gas natural (incluyen también los no quemados). Pueden también provenir de zonas arbóreas al emitirse de forma natural, principalmente isopreno, pineno y limoneno. Se usan comúnmente en disolventes (ya sea benceno, tolueno, xileno, acetona, formaldehido, percloroetileno, etc.), repelentes de polillas, aromatizantes del aire, materiales, sustancias en aerosol, productos de uso automotor. Son tóxicos peligrosos solubles en grasa. Presentan características que son responsables de efectos sobre la salud.

propiedades

La importancia de éstos reside en su papel como destructores de la capa de ozono. Contribuyen a la formación del smog fotoquímico en las zonas urbanas al reaccionar con otros contaminantes atmosféricos como los óxidos de nitrógeno y con la luz solar, dando lugar a atmósferas ricas en ozono. 8. Partículas en suspensión, el smog y la inversión térmica. Las partículas en suspensión incluyen todo tipo de materia sólida en forma de humo, polvo y vapores. Tiene diversos orígenes, entre los cuales podemos mencionar la combustión los combustibles fósiles, la mezcla y aplicación de agroquímicos, la construcción de caminos, la fabricación de acero, la actividad minera, la quema de rastrojosy las chimeneas de hogar. Además de reducir la visibilidad y la cubierta del suelo, la inhalación de estas partículas microscópicas, permite su alojamiento en el tejido pulmonar y son causantes de diversas enfermedades respiratorias. También son las principales causantes de la neblina, la cual reduce la visibilidad. La palabra Smog deriva del inglés, es una mezcla de las palabras smoke y fog (humo y niebla). Recibe ese mote porque semeja una niebla sucia. El smog es una niebla tóxica azufrada proveniente del humo generado con la quema de carbón, las emisiones de gases de los coches y de la industria, combinada con el vapor de agua del aire. Cuando esos contaminantes coinciden con un período de alta presión, provocan que estas partículas no se precipiten y se queden suspendidas en el ambiente. Hay dos tipos muy diferentes de smog:

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II  Smog Industrial.- El llamado smog industrial o gris que fue típico en algunas grandes ciudades con mucha industria como Londres o Chicago, en las que hasta hace unos años, se quemaban grandes cantidades de carbón y petróleo pesado con mucho azufre, en instalaciones industriales y de calefacción. En estas ciudades se formaba una mezcla de dióxido de azufre, gotitas de ácido sulfúrico y una gran variedad de partículas sólidas en suspensión, que originaban una espesa niebla con efectos muy nocivos. En la actualidad en los países desarrollados, estos combustibles se queman en instalaciones con sistemas de depuración o dispersión y raramente se encuentra este tipo de polución. Pero en países en vías de industrialización todavía es un grave problema.  Smog fotoquímico.- Con este nombre nos referimos a una mezcla de contaminantes primarios (NOx e hidrocarburos volátiles) con secundarios (ozono, peroxiacilo, radicales hidroxilo, etc.). Esta mezcla oscurece la atmósfera dejando un aire teñido de color marrón rojizo. Aunque prácticamente en todas las ciudades del mundo hay problemas con este tipo de contaminación, es especialmente importante en las que están en lugares con clima seco, soleado y tienen muchos vehículos. Las reacciones fotoquímicas que originan este fenómeno suceden cuando la mezcla de óxidos de nitrógeno e hidrocarburos volátiles emitida por los automóviles y el oxígeno atmosférico reaccionan, inducidos por la luz solar, en un complejo sistema de reacciones que acaba formando ozono. El ozono como ya se mencionó, es una molécula muy reactiva que interacciona con otros contaminantes presentes en el aire y acaba formando un conjunto de varias decenas de sustancias distintas como nitratos de peroxiacilo (PAN), peróxido de hidrógeno (H2O2), radicales hidroxilo (OH)-, formaldehído, etc., que en conjunto pueden producir importantes daños en las plantas, irritación ocular, problemas respiratorios, etc.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Normalmente sucede cuando el aire de las capas bajas es más caliente que el de las superiores, asciende hasta enfriarse. Ello permite una continua circulación atmosférica en sentido vertical que renueva en forma constante el aire de las diferentes capas. Existe sin embargo un fenómeno meteorológico que se da en las capas bajas de la atmósfera y que ocurre especialmente en invierno, denominado Inversión térmica donde sucede un cambio contrario a las propiedades normales de la atmósfera. En las noches despejadas de invierno, el suelo se enfría rápidamente y por consiguiente pierde calor, a su vez, enfría el aire que entra en contacto con él haciéndolo más frío y pesado que el que está en las capas superiores cercanas a él. Este aire frío tiene gran estabilidad y no puede elevarse a la zona de inversión, puesto que es más denso que el de la zona inferior lo cual ocasiona que disminuya la velocidad de mezclado vertical entre las dos capas de aire y que una capa de aire caliente quede atrapada entre las dos capas de aire frío sin poder circular. Una inversión térmica puede llevar a que la contaminación aérea sea atrapada cerca del suelo, debido a que el transporte y difusión de los contaminantes permanecen retenidos en los momentos que la circulación atmosférica queda paralizada, provocando consecuencias graves para la salud de los seres vivos. Generalmente, la inversión térmica se termina (rompe) cuando se calienta el suelo con lo cual restablece la circulación normal. Cuando la velocidad del aire es baja a consecuencia de la inversión, los gases de escape de los automóviles y otros contaminantes alcanzan concentraciones elevadas, sobre todo en torno a los grandes centros urbanos. La conciencia de la gravedad del problema, ha llevado a los organismos competentes a vigilar la calidad del aire y a advertir cuando es mala y alcanza unos niveles elevados. II.2.1.2 PREVENCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN DEL AIRE Actualmente existen muchas campañas dirigidas a disminuir la contaminación del aire. El trabajo no solo es de las autoridades sino también de los ciudadanos.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Se puede hacer un aporte significativo siguiendo (o no, según sea el caso) ciertas prácticas sencillas, por ejemplo, no quemar llantas, no comprar cohetes ni fuegos artificiales, usar lo menos posible el automóvil y otras más. La modificación de los hábitos de conducción contribuirá a no incrementar la polución de emisiones de CO2, NOx, ozono, VOC, HAP, CFC y partículas volátiles. Reducir el uso del automóvil, usar medios de transporte público o bicicleta, caminar más, utilizar el automóvil como medio de transporte colectivo, etc. constituyen la mejor manera de ayudar a reducir la polución atmosférica. Si conduces, ten en cuenta lo siguiente:  No circular a alta velocidad. Conducir suavemente y evitar que el automóvil permanezca sin uso durante mucho tiempo.  Elegir un vehículo que tenga alto rendimiento por litro de gasolina.  No sobrellenar el tanque de gasolina y cargar el tanque después de que oscurezca.  Mantener en buen estado el sistema de aire acondicionado del vehículo, asegurándose de que no haya filtraciones y hacerlo cambiar si es clorofluocarbonado  Mantener el automóvil en buen estado, poniendo especial atención en el sistema de escape. Asegurarse de que los neumáticos tengan la presión de aire adecuada.  Hacer la menor cantidad de viajes. Planificar el itinerario, evitar las zonas de tránsito congestionado.  Usar combustibles bajos en azufre. Emplear convertidores catalíticos que se reducen hasta un 90 % las emisiones de CO y de NOx. Reducir el consumo de electricidad. Un foco prendido todo el día impacta en un mayor consumo de energía eléctrica, que es generada en la termoeléctrica y que utiliza combustóleo, mismo que genera contaminantes. Las centrales eléctricas pueden llevar a cabo la combustión en etapas ó disminuir la temperatura de la llama. Los campesinos pueden evitar la quema de esquilmos generadores de NOx y en sus quemadores utilizar trampas de piedra caliza para que se atrapen los SO2, etc. La reducción de las emisiones de CFC y la suspensión de la producción de productos químicos que destruyen la capa de ozono constituyen pasos fundamentales para la preservación de la estratósfera. Las cantidades de hidrocarburos volátiles en la atmósfera son bastante grandes. De esta forma, una reducción de éstos conduce a una disminución del smog fotoquímico menor de la esperada.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Consumir alimentos orgánicos o al menos aquellos no hayan sido sometidos a un uso intensivo de agroquímicos. Ser responsable con el uso de pinturas, aceites, solventes y el uso de herramientas a gasolina. Por ejemplo, restringir la limpieza en seco ó prender el carbón de leña con un encendedor eléctrico en vez de hacerlo con combustible líquido. Restrinja-reutilice-recicle. Un menor contaminación atmosférica de todo tipo.

consumo

redundará

en

menor

II.2.2 CONTAMINACIÓN DEL AGUA El agua es uno de los recursos naturales fundamentales. Es el compuesto químico más abundante del planeta y resulta indispensable para el desarrollo de la vida. El agua pura es un recurso renovable y sin embargo puede llegar a estar tan contaminada por las actividades humanas, que ya no sea útil, sino nociva, de calidad deficiente. Si bien muchos países tienen agua en grandes cantidades, el aumento poblacional, la contaminación de las industrias, el uso excesivo de agroquímicos, la falta de tratamiento de aguas negras y la erosión de suelos por la deforestación hacen que ese recurso sea escaso. Hoy en día, la importancia tanto de la cantidad como de la calidad del agua está fuera de toda duda. Se considera que el agua está contaminada, cuando se ven alteradas sus propiedades químicas, físicas, biológicas y/o su composición. En líneas generales, el agua está contaminada cuando pierde su potabilidad para consumo o para su utilización en actividades domésticas, industriales o agrícolas. Millones de metros cúbicos de aguas negras no son tratados y llegan con toda su carga a los ríos y lagos. Los vertidos residuales son derramados a través de los sistemas de alcantarillado y representan una importante fuente de contaminación. Los vertidos domésticos contienen principalmente papel, jabón, orina, heces fecales y detergentes; los vertidos industriales son variados y dependen de los procesos específicos que los originan y del tratamiento al que hayan sido sometidos.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Aparte de la contaminación deliberada hacia las aguas superficiales, los contaminantes también pueden incorporarse en forma accidental. Es así que por ejemplo los plaguicidas se incorporan a las aguas fácilmente porque son aplicados en forma de gotas o vapor, los contaminantes del suelo lo hacen por medio del escurrimiento o infiltración con el agua de lluvia ó cuando los organismos mueren, la materia muerta que se devuelve al suelo acaba en las aguas superficiales. Todo esto propicia que la provisión de agua dulce esté disminuyendo a nivel mundial. Mil doscientos millones de habitantes no tienen acceso a una fuente de agua potable segura. Las enfermedades por aguas contaminadas matan a millones de niños al año y muchas especies de agua fresca están extintas o en peligro de desaparecer. Por otro lado, el océano se ha convertido en el cuerpo de agua más contaminado, ya es denominado como el basurero del mundo. La mayoría de las áreas costeras están infectadas por las descargas de aguas negras, sustancias químicas, basura, desechos radiactivos, petróleo y sedimentos. Delfines, leones marinos y tortugas de mar, mueren cuando ingieren o se quedan atrapados por bolsas, sogas y otras formas de basura plástica arrojadas al mar. Cuando los contaminantes persistentes se acumulan en peces o en pájaros, no solo pueden convertirse en un peligro tóxico para las cadenas alimentarias acuáticas, sino que también pueden desplazarse grandes distancias dentro de estos animales y acabar en las cadenas alimentarias de áreas no contaminadas. II.2.2.1 CONTAMINANTES DEL AGUA Los contaminantes llegan al agua a través de la Industria, los vertidos urbanos, la navegación, la agricultura y la ganadería. Estos contaminantes pueden encontrarse en el agua en diferentes estados y estar disueltos o en suspensión. Son fácilmente desplazables, la materia particulada cae al fondo de los cauces y lagos o asciende a la superficie, dependiendo de su densidad. El movimiento de los compuestos químicos en el agua también depende sus propiedades y de las propiedades del agua. El agua es un líquido polar, lo que significa que el átomo de oxígeno (O), atrae a los electrones de los átomos de hidrógeno (H), y de esta forma desarrollar cargas parciales. De este modo, cationes (+) y aniones (-), tienen afinidad por las partes del agua que poseen carga opuesta, permitiendo que sus partículas se ionicen y disuelvan. A partir de esto podemos concluir que las moléculas que pueden llevar a cabo separación de cargas se pueden disolver fácilmente en agua.

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Otra consecuencia de la polaridad es el efecto hidrófobo. El agua excluye activamente a las sustancias apolares (que no tienen carga), como los hidrocarburos. Esto conduce al que el movimiento de estos contaminantes se dé a través de las membranas celulares. La permanencia de un compuesto en el agua viene también determinada por su presión de vapor (tendencia de un líquido o sólido a volatilizarse). La presión de vapor aumenta cuando se eleva la temperatura, ya que se incrementa la energía cinética de las moléculas de la superficie. Entonces más moléculas de la solución acuosa tienden a evaporarse, lo que significa que ya no están en disolución. La estabilidad molecular es un factor que determina el tiempo que un compuesto químico permanece en el ambiente y las distancias que puede recorrer. En el medio ambiente, los procesos físicos y químicos tales como hidrólisis (reacción química con el agua) y oxidación (ceder electrones), rompen los compuestos químicos. La ruptura no está solamente determinada por la estabilidad del compuesto químico, sino también por factores ambientales como temperatura, nivel de radiación solar, pH (cantidad de H+ presentes) y la naturaleza de la sustancia absorbente. A veces no es posible la biotransformación de un compuesto por medio de su ruptura, porque puede dar lugar a un incremento de la toxicidad del compuesto. La importancia que ha cobrado la calidad del agua ha permitido evidenciar que entre los factores o agentes que causan su contaminación son: 1. Agentes infecciosos Son microbios que llegan al agua en las heces fecales y otros restos orgánicos infectados, ó donde hay aguas estancadas con criadero de insectos. Las personas se enferman por los usos inadecuados de esta misma, su contacto directo o su consumo. Las enfermedades así adquiridas son: cólera, tifoidea, disentería, diarrea, hepatitis, parasitismo, malaria, oncocercosis, tracoma, conjuntivitis y ascariasis; entre otras. También hay contagios en piscinas como pie de atleta, garganta séptica e infecciones de ojos y oídos.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II De las bacterias coliformes que se encuentran en el intestino humano o en el de otras especies, la más conocida es la Escherichia coli. En los análisis para la calidad de agua potable se determina su presencia, pues ello indica contaminación con heces fecales. Se mide por el número de colonias de coniformes por cada 100 ml. de agua. En el agua para beber no deben aparece ninguna de estas colonias. 2. Desechos orgánicos y demanda de oxígeno. La mayor parte de la materia orgánica que contamina el agua procede de desechos de alimentos, de aguas negras domésticas y de fábricas, misma que se descompone por bacterias, protozoarios y diversos organismos mayores. La agricultura, la ganadería y la avicultura, también son fuentes de contaminantes orgánicos de las aguas superficiales y subterráneas. Estos contaminantes incluyen tanto sedimentos procedentes de la erosión de las tierras de cultivo como compuestos de fósforo y nitrógeno que, en parte, proceden de los residuos animales y de los fertilizantes comerciales. Si bien los componentes mayoritarios son los carbohidratos, proteínas, cetonas, ácidos carboxílicos y ácidos húmicos, además hay moléculas orgánicas con estructuras complejas que amenazan la vida como componentes del petróleo, gasolina, grasas, plásticos, plaguicidas, disolventes y detergentes. Algunos de ellos ya fueron mencionados como contaminantes del aire. Los desechos orgánicos al ser descompuestos por bacterias que usan oxígeno para biodegradarlos pueden agotar el oxígeno presente en el agua, matando así las formas de vida acuáticas. Los índices para medir la contaminación por desechos orgánicos son la cantidad de oxígeno disuelto en agua (DO), la demanda biológica de oxígeno (DBO), es decir, la medición de la materia orgánica en una muestra de agua natural que consume oxigeno y la demanda química de oxígeno (DQO), ó medida cuantitativa de la cantidad de oxígeno requerida para oxidar, químicamente la materia orgánica presente en el agua residual. Si el agua tiene muchos microorganismos y materia orgánica, la gran actividad respiratoria disminuye el oxígeno disuelto. Un nivel alto de DO indica que el agua es de buena calidad. La descomposición aeróbica es la descomposición de la materia orgánica en presencia de oxígeno. La aerobiosis de la glucosa (de la degradación de los carbohidratos), se representa mediante la ecuación química: C 6H12O6

+

6O2

acción bacteriana

6CO2

+

6H2O

La descomposición aeróbica de las proteínas, mismas que contienen nitrógeno y azufre se puede representar mediante la ecuación química:

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Cx Hy Oz N2 S (Proteina)

acción bacteriana

CO2

-2

+

H2O

+

NH4 + +

SO4

Cuando la materia orgánica que contamina al agua se ha agotado, la acción bacteriana de la de las aguas contaminadas oxida al ion amonio, proceso denominado nitrificación: NH4 +

+

2O2

acción bacteriana

H2O

+

NO –3

La descomposición anaeróbica es la descomposición de la materia orgánica en ausencia de oxígeno. La fermentación de un carbohidrato por enzimas de levaduras, por ejemplo de la glucosa, se puede representar en términos generales, mediante la siguiente ecuación química: C 6H12O6

enzimas de levadura

2CO2 + 2CH3 -CH2 –OH (alcohol etílico)

La putrefacción de las proteínas puede representarse mediante la ecuación química: Cx Hy Oz N2 S (Proteína)

acción bacteriana

4H2S

+

NH4 +

El comportamiento de los compuestos orgánicos depende de su estructura molecular, tamaño, forma y de la presencia de grupos funcionales (familia a la que pertenecen), que son determinantes en la toxicidad. Es importante conocer estos datos de los compuestos en cuestión, con el objeto de predecir su destino en los organismos vivos y en el medio ambiente. Todos los compuestos orgánicos que son peligrosos para la salud, son producidos por el hombre y sólo han existido durante el último siglo. Los contaminantes llamados hidrocarburos proceden principalmente de la industria química, del carbón, celulosa y del petróleo, aunque también hay que mencionar la degradación de algunos plaguicidas. En las aguas continentales están presentes por fuga de oleoductos y vertidos industriales. Dan al agua un sabor y olor desagradables, lo que permite detectarlos incluso en mínimas cantidades. Como son apolares (porque tienen de poca a ninguna carga eléctrica), son poco solubles en agua y entonces forman una película superficial que impide el intercambio gaseoso, con el consiguiente trastorno para la vida acuática. El petróleo que llega al mar se evapora o es degradado lentamente por bacterias. Los hidrocarburos orgánicos volátiles del petróleo matan inmediatamente varios animales, especialmente en sus formas larvales. Otras sustancias químicas permanecen en la superficie y forman burbujas flotantes que cubren las plumas de

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II las aves que se zambullen, lo cual destruye su aislamiento térmico natural y hace que se hundan y mueran. Los componentes pesados del petróleo que se depositan al fondo del mar pueden matar a los animales que habitan en las profundidades como cangrejos, ostras, etc., o los hacen inadecuados para el consumo humano. Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP's) pasan al agua a través de desechos industriales y de plantas de tratamiento de aguas residuales. La mayoría de los HAPs no se disuelven fácilmente en agua, son mucho muy reactivos. Son poco degradables y no se remueven por procesos biológicos, (los microorganismos solo los pueden degradar después de períodos largos de semanas ó meses), es necesario utilizar métodos químicos y físicos como adsorción con carbón, ó extracción con solventes. Los que contienen halógenos, como los bifenilos policlorados (PCB's) son estables y no reactivos. Ninguno de ellos es soluble en agua. Algunos como el (diclorodifeniltricloroetano) DDT, poseen alta estabilidad química, termal y biológica. Es muy peligroso porque se acumula en los tejidos grasos de los animales inferiores y se introducen en la cadena alimentaria. Ha sido restringido desde hace décadas. Otro tipo de contaminante orgánico son los detergentes, sustancias utilizadas en limpieza por sus propiedades tensoactivas (que influyen en la superficie de contacto entre dos líquidos insolubles) y emulsionantes (sustancias que permiten conseguir o mantener una emulsión). Los tensoactivos se componen de una parte hidrófoba ó insoluble en agua y un resto hidrófilo ó soluble en agua. Al contacto con el agua estass moléculas se orientan de tal modo que la parte hidrófoba sobresale del nivel del agua encarándose al aire o bien se juntan con las partes hidrófobas de otras moléculas formando burbujas donde las partes que repelen al agua quedan en el centro y los restos solubles en la periferia. Estas estructuras se denominan micelas, mismas que son esparcidas en el agua formando una emulsión. Influyen en este proceso el oxígeno disuelto y la dureza del agua. Su clasificación se fundamenta en el poder de disociación ó separación de moléculas del tensoactivo. Los primeros en fabricarse fueron muy resistentes a la degradación microbianana y tóxicos para la vida acuática. A partir que este dato fue reportado se han venido sustituyendo por otros que son fácilmente biodegradables y no poseen bastante toxicidad.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 3. Sustancias químicas inorgánicas y eutrofización En este grupo están incluidos compuestos metálicos y no metálicos que pueden causar graves daños a los seres vivos, a la agrícultura y a los equipos que se usan para trabajar con el agua. a. Metálicos Los metales son sustancias naturales que se han formado por meteorización de minerales. Se pueden encontrar en aguas superficiales en sus formas más estables. Son reconocidos como nutrientes de plantas y animales, pero su cantidad los puede volver tóxicos, como es el caso del molibdeno (Mo) que es esencial para vegetales pero es tóxico para animales ó como el zinc (Zn) que en altos niveles es tóxico para los vegetales. Los elementos metálicos no deseables en el agua son: aluminio (Al), plata (Ag), cadmio (Cd), arsénico (AS), fierro (Fe), manganeso (Mn), cobre (Cu) y zinc (Zn). A menudo están implicados en reacciones de transferencia electrónica en las que el oxígeno está presente. Otros pueden ponerse en situación de causar serios peligros medioambientales, ya que pueden reaccionar con aniones es para formar productos complejos peligrosos. Cuando se forman estos complejos en el agua, una capa de moléculas de agua se que queda envolviendo al complejo en su conjunto. Los metales también pueden unirse a compuestos orgánicos para formar sustancias lipófilicas que a menudo son altamente tóxicas y que pueden ser almacenadas en las reservas se grasas de los animales y humanos. También pueden unirse a macromoléculas celulares en el cuerpo humano. La presencia de metales pesados (que tienen una densidad mayor de cinco), como el mercurio y el plomo es la más peligrosa. Éstos están asociados con las operaciones de minería y fundición, con las fábricas de papel y pesticidas, con diferentes compuestos químicos orgánicos, con las sustancias radiactivas y con las plantas de energía nuclear. Las sales solubles en agua de los metales pesados como el plomo, cadmio y mercurio son muy tóxicas y acumulables por los organismos que los absorben, los cuales a su vez son fuente de contaminación de las cadenas alimenticias al ser ingeridos por alguno de sus eslabones. Al ser ingeridos por el hombre en el agua y alimentos contaminados por los compuestos de mercurio, plomo o cadmio le provocan ceguera, amnesia, raquitismo, miastenia o hasta la muerte. b. No metálicos Los compuestos con fósforo (P) se encuentran en el agua disueltos ó en suspensión.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Una acción muy importante la ejercen los fosfatos (PO4)-3, ya que se encargan del transporte y retención de metales tóxicos, por la formación de complejos. Las formas de nitrógeno (N) de mayor interés en las aguas naturales y residuales son los nitritos (NO2)-1, los nitratos (NO3)-1 y el amoniaco (NH3), productos de la descomposición de los desperdicios orgánicos nitrogenados. El nitrógeno oxidado total es la suma de nitritos y nitratos. Se presentan generalmente como trazas en el agua de superficies, pero puede alcanzar niveles elevados en las subterráneas. Cuando los fosfatos (PO4)-3 y nitratos (NO3)-1 se encuentran en cantidad excesiva, como en los fertilizantes, inducen el crecimiento desmesurado de algas y otros organismos. El problema es que cuando mueren, al ser descompuestos por los microorganismos, se agota el oxígeno y se hace imposible la vida de otros seres vivos. A este stress oxigénico se le llama eutrofización de las aguas. El resultado es un agua maloliente e inutilizable (zona muerta). Se encuentran también especies como el ácido cianhídrico (HCN), los cianuros (CN)-1 y los cianuros complejos (ferrocianuros, tiocianatos, etc.) que son un conjunto de compuestos muy tóxicos. Los cianuros alcalinos disueltos, por oxidación, se transforman en carbonatos alcalinos y disminuyendo así su toxicidad. Su papel en el agua es importante, por ser un fuerte agente complejante. Los sulfuros (S)-2 se encuentran a menudo en el agua subterránea. Su presencia en las aguas residuales se debe en parte a la descomposición de la materia orgánica, presente a veces en los residuos industriales, pero proceden casi siempre de la reducción bacteriana de los sulfatos. El ácido sulfhídrico (H2S) que escapa al aire a partir de las aguas residuales que contienen sulfuros produce olores molestos, es muy tóxico y ha motivado la muerte de numerosos trabajadores en las alcantarillas o fosas sépticas. Ataca directa o indirectamente a los metales produciendo corrosiones graves en las conducciones de cemento por oxidarse a ácido sulfúrico en las paredes de las tuberías. 4. Sedimentos o materiales suspendidos. Muchas partículas insolubles son arrancadas del suelo y arrastradas a las aguas, junto con otros materiales en suspensión. En términos de masa total, son la fuente de mayor de contaminación del agua. Propician turbidez, dificultando así la vida de los organismos acuáticos. Los sedimentos que se

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II van acumulando destruyen sitios de alimentación o desove de los peces, rellenan lagos o pantanos y obstruyen canales, ríos y puertos. 5. Sustancias radiactivas. Un 87% de la dosis de radiación que recibimos proviene de fuentes naturales. El resto de la radiación proviene de las actividades humanas. La inspección de soldaduras, la detección de grietas en metal forjado o fundido, el alumbrado de emergencia, la datación de antigüedades y la preservación de alimentos son algunas de sus numerosas aplicaciones. En promedio, la industria nuclear representa menos del 0.1% de la radiación total que el hombre recibe. Sigue habiendo discusiones sobre si los beneficios de esta energía nuclear exceden a los peligros de la radiactividad. Cuando un átomo de una sustancia radiactiva se descompone, puede producir cuatro tipos de partículas: alfa, beta, gamma y neutrones. Las partículas alfa están cargadas positivamente y pueden ser muy dañinas si colisionan con células debido a su enorme masa. Las partículas beta están cargadas negativamente, son más penetrantes, pero producen muchos menos daños que las partículas alfa. Los rayos gamma (cuando los electrones interactúan con otra materia), son altamente penetrantes, el daño que producen es similar al de los rayos beta. Son la base de la fisión nuclear en un reactor. Los isótopos radiactivos solubles pueden estar presentes en el agua y se pueden ir acumulando a lo largo de las cadenas tróficas, alcanzando concentraciones considerablemente altas en algunos tejidos vivos. Causan defectos congénitos y cáncer. 6. Calor. El calor puede ser considerado un contaminante cuando el vertido del agua empleada para la refrigeración de las fábricas y las centrales energéticas hace subir la temperatura del agua de la que se abastecen. El agua caliente liberada eleva la temperatura de ríos o embalses. Estos Ingresos disminuyen la capacidad del agua de contener oxígeno y afecta la vida de los organismos acuáticos, haciéndolos muy vulnerables. II.2.2.3 PREVENCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA Como con otras formas de contaminación, los métodos de prevención son los más efectivos y los más baratos a largo plazo. Existen normas que establecen

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II los rangos permisibles de contaminación, que buscan asegurar que el agua que se utiliza no sea dañina. Para evitar las consecuencias del uso del agua contaminada se han ideado varios elementos de control. Algunos de las maneras con las que se puede contribuír son: Usar y desperdiciar electricidad.

menos

Ser un consumidor informado. Leer todas las etiquetas y siguir las instrucciones. Considerar otras alternativas si alguna de estas palabras están en la etiqueta: cautela, advertencia, peligro, veneno, incendiable, volátil, cáustico o corrosivo. Reducir el uso de aceite, fluidos para automóviles, baterías y otros productos. Colectar los aceites usados y reprocesarlos para el reuso. Disponer controles más estrictos sobre la aplicación de plaguicidas, fertilizantes y otros químicos peligrosos. Comprar solamente la cantidad que necesitará para de esa manera no tener que deshacerse de lo que sobre. De preferencia, usar en el jardìn materiales orgánicos que no contengan químicos sintéticos venenosos. Monitorear con frecuencia los mantos acuíferos. Utilizar sistemas separados de eliminación y conducción de aguas pluviales y aguas negras. No vertir los desperdicios peligrosos en drenajes para agua pluvial, arroyos, callejones o en la tierra. Prohibir que se tiren al mar los sedimentos de las aguas negras, basura y contaminates tóxicos a las aguas costeras y desde las embarcaciones de transporte marítimo. Proteger las áreas de costa que ya están limpias. Dragar los sedimentos para remover el exceso de nutrientes. Bombear aire para oxigenar lagos y rebalses. Reducir la dependencia sobre el petróleo. Prohibir la perforación y transporte de petróleo en áreas ecológicamente sensibles y aumentar en alto grado la responsabilidad de las compañías petroleras en sus procedimientos de seguridad y operación. Usar detergentes con límites bajos de fosfatos. Usar tratamientos avanzados en los desechos para remover los fosfatos provenientes de las plantas industriales y de tratamiento antes de que lleguen a un cuerpo de agua.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Controlar el crecimiento de plantas nocivas y retirar o eliminar el exceso de maleza. Plantar árboles entre los campos y aguas superficiales. Limitar el número de industrias que descargan agua caliente en los cuerpos de agua. Que descarguen el agua caliente en estanques, para que se enfríe y sea reutilizada, ó bien entregar el agua caliente en un punto lejano de la zona ecológicamente vulnerable. Prohibir la disposición de desechos peligrosos en rellenos sanitarios por inyección en pozos profundos. Usar y desperdiciar menos agua potable. Para conservar el agua, puedes implementar las siguientes prácticas:  Adaptar el inodoro para usar menos agua.  Instalar un cabezal en su ducha que use poca agua.  Mantener un recipiente de agua en el refrigerador y de esa manera no tener que dejar la llave del agua abierta en lo que sale agua fría.  Lavar sólo tandas completas tanto en la lavaplatos como en la máquina de lavar ropa.  Enjuagar los trastes en un recipiente en lugar de enjuagarlos bajo el chorro de agua.  Cerrar la llave del agua durante el la rasurada o el cepillado de los dientes en lugar de dejar fluir el agua.  Seguir los principios de las técnicas de jardinería donde se usa poca agua, mismos que ademàs de preservar el agua, ayudan a evitar la contaminación.  Sembrar plantas nativas, tolerantes o adaptadas a sequías.  Regar las plantas solo cuando comiencen a mostrar señales de marchitamiento. Regar empapando el terreno para promover el crecimiento en las raíces y solamente en la mañana cuando los niveles de evaporación son más bajos.  Usar escoba para limpiar el camino de entrada a su casa en lugar de lavarlo con una manguera. No regar el pavimento. II.2.3 CONTAMINACIÓN DEL SUELO El ciclo de vida de un suelo obedece a la dinámica de un ecosistema compuesto por una sustancia mineral inorgánica que sirve de soporte y alimentación a los vegetales, capaces de producir materia orgánica mediante la fotosíntesis y que necesitan para su subsistencia sólo aire, agua y minerales. Además existen en él animales que consumen vegetales, bacterias y hongos que descomponen a la materia muerta para incluirla en el ciclo de producción. El suelo tiene la capacidad de degradar rápidamente la mayoría de los desechos, devolviendo sus componentes a los ciclos naturales, disminuyendo así su efecto contaminante. Tiene un área superficial y una actividad catalítica

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II enorme, además de un suministro de agua y oxígeno con los cuales puede desactivar a los contaminantes. Sin embargo, el incremento de la población ha demandado de la aplicación de la tecnología a la agricultura mediante el uso de de productos químicos, como los abonos sintéticos, herbicidas e insecticidas, que son sumamente útiles a la agricultura, pero que cuando se usan en forma inadecuada llegan al suelo en concentraciones excesivas y producen alteraciones llegando a ser tóxicos. La presencia de contaminantes en un suelo supone potenciales efectos nocivos para el hombre, la fauna en general y la vegetación. Estos efectos dependerán de las características toxicológicas de cada contaminante y de la concentración del mismo. La enorme variedad de sustancias contaminantes existentes implica un amplio espectro de afecciones toxicológicas. La presencia de contaminantes en el suelo se refleja de forma directa sobre la vegetación induciendo su degradación y la reducción del número de especies presentes. Indirectamente, a través de la cadena trófica, la incidencia de un suelo contaminado puede ser más relevante. Absorbidos y acumulados por la vegetación, los contaminantes del suelo pasan a la fauna por ingestión. Cuando estas sustancias son bioacumulables, el riesgo se amplifica a medida que ascendemos en la cadena trófica, en cuya cima se encuentra el hombre. Existe una innumerable cantidad de productos a los que estamos expuestos directa o indirectamente en nuestra cotidianeidad y aunque ciertamente representan una garantía para el mejoramiento de los recursos, su mala administración y su empleo excesivo conducen a la degradación del suelo. La delimitación de las zonas contaminadas y la resultante limpieza de éstas son tareas que consumen mucho tiempo y dinero, requiriendo extensas habilidades de geología, hidrografía, química y modelos computarizados. II.2.3.1 CONTAMINANTES DEL SUELO La contaminación del suelo es debida a las filtraciones de rellenos sanitarios, la a aplicación pesticidas y agua contaminada para la agricultura, a la acumulación directa de desechos urbanos ó industriales y al polvo de las zonas urbanas, las carreteras o relaves mineros

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Las sustancias más comunes incluyen papel, vidrio, plástico, materia orgánica en descomposición, solventes, derivados de petróleo, pesticidas residuos peligrosos o sustancias radioactivas y metales pesados. Éste fenómeno está estrechamente relacionado con el grado de industrialización e intensidad del uso de químicos. El estado físico en que se encuentran las sustancias contaminantes tiene gran efecto sobre su distribución. Los contaminantes sólidos provocan graves daños en áreas específicas, y los sólidos finos son arrastrados por los ríos, vientos a grandes distancias. La variedad y cantidad de productos contaminantes de un suelo es prácticamente inabarcable por lo que solo mencionaremos aquí los grupos más característicos y peligrosos: 1. Basura Lo que comúnmente conocemos como basura, consiste en la acumulación de desechos en el suelo. Proviene de la depositación voluntaria o accidental de todo producto de las actividades humanas al cual se le considera sin valor y se necesita eliminar. No necesariamente debe ser odorífica, repugnante e indeseable; eso depende del origen y composición de ésta. La basura la podemos clasificar según su composición:  Residuo orgánico: Todo desecho de origen biológico, que alguna vez estuvo vivo o fue parte de un ser vivo, por ejemplo: hojas, ramas, cáscaras y residuos de la fabricación de alimentos en el hogar, etc.  Residuo inorgánico: Todo desecho de origen no biológico, de origen industrial o de algún otro proceso no natural, por ejemplo: plástico, telas sintéticas, chatarra electrónica, etc.  Residuos peligrosos: Todo desecho, ya sea de origen biológico o no, que constituye un peligro potencial y por lo cual debe ser tratado de forma especial, por ejemplo: material médico infeccioso, residuo radiactivo, ácidos y sustancias químicas corrosivas, etc. Los residuos no aprovechables constituyen un problema para muchas sociedades, sobre todo para las grandes urbes así como para el conjunto de la población del planeta, debido a que la sobrepoblación, las actividades humanas modernas y el consumismo han acrecentado mucho la cantidad de basura que se genera. Lo anterior junto con el ineficiente manejo que se hace con dichos residuos (quemas a cielo abierto, disposición en tiraderos o vertederos ineficientes) provoca problemas que se resumen en problemas de salud y

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II daño al ambiente, además de provocar conflictos sociales y políticos. Antes de convertirse en basura, los residuos han sido materia prima procedente de los procesos de extracción, por lo general de países en desarrollo. En su producción y consumo, se ha empleado energía y agua. La sobreexplotación de los recursos naturales y el incremento de la contaminación, amenazan la capacidad regenerativa de los sistemas naturales. Por otro lado, si el aumento del consumo no cesa, la cantidad de basura reciclada nunca llegará al nivel de la basura producida. Desde la implementación de los sistemas de reciclaje, no ha disminuído la cantidad de basura, por el aumento constante del consumismo. De esta forma, la supuesta solución se convierte en solo un paliativo y una forma de organizar los desechos para abaratar los costos de las materias primas. De todas maneras el reciclaje, en teoría, aunque no funciona actualmente, se presenta como una posibilidad a futuro. Aparte de los anteriores efectos comentados de forma general, hay efectos de otro tipo como son:  Degradación paisajística.- La presencia de vertidos y acumulación de residuos en lugares no acondicionados, generan una pérdida de calidad del paisaje y en los casos más graves el deterioro de la vegetación, el abandono de la actividad agropecuaria y la desaparición de la fauna.  Pérdida de valor del suelo.- Económicamente y sin considerar los costes de la recuperación de un suelo, la presencia de contaminantes en un área supone la desvalorización de la misma, derivada de las restricciones de usos que se impongan a este suelo, y por tanto, una perdida económica para sus propietarios. 2. Plaguicidas Los plaguicidas son todas aquellas sustancias destinadas a controlar organismos hostiles que interfieren con la forma de producción, elaboración, almacenamiento, transporte o comercialización de alimentos y productos agropecuarios. Se clasifican, por su composición química, por el tipo de organismo que destruyen, o por características físicas, químicas y biológicas. El problema de la contaminación por plaguicidas es cada vez más grave, tanto por la cantidad y diversidad, como por la resistencia a ellos que adquieren algunas especies, lo que ocasiona que se usen mayores cantidades para obtener el efecto deseado. La flora y fauna oriundas son afectadas cada vez más destruyendo la diversidad natural de las regiones en que se usan. Además pueden ser consumidos por el hombre a través de plantas y animales que usa como alimento, causando toxicidad (cáncer, mutaciones genéticas, aborto, etc).

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II CLASIFICACION DE LOS PLAGUICIDAS

Minerales

INSECTICIDAS Orgánicos de síntesis (atacan insectos) Aceites minerales

De origen vegetal Minerales

Orgánicos HERBICIDAS (atacan hierbas)

Otros

Minerales FUNGICIDAS (atacan hongos)

Organometálicos Orgánicos

ROENTICIDAS Derivados cumarínicos (atacan roedores) Inorgánicos

Componentes arsenicales Compuestos fluorados Azufre Derivados de selenio Organofosforados Organoclorados Carbamatos Aceites antracénicos Aceites de petróleo Nicotina Piretrina Rotenona Sales de (NH4+, Ca++, Cu++, Fe+++, Mg++ y K+) Fitohormonas Derivadosd e urea Triazinas y diazinas Quinoxalinas Derivados de osiquinoleína Derivados de tiadizinas y tiadiazoles Parquat Diquat Piclorame Sales de cobre Compuestos arsenicales Aceites minerales Derivados organomercuriales Carbamatos y diotiocarbamatos Derivados del benceno Amicidas Benzonitrilos Warfarinas Sales de talio

Desde el punto de vista toxicológico, es importante señalar que las fórmulas de plaguicidas además del principio activo, incluyen sustancias transportadoras, diluyentes, aditivos e impurezas, que pueden tener por sí mismas potencial tóxico. Se ha demostrado que insecticidas como los órganoclorados, en particular el diclorodifeniltricloroetano (DDT), se introducen en las cadenas alimenticias y se concentran en el tejido graso de animales, fundamentalmente en peces y aves. Trabaja por contacto, es decir que es absorbido por la cutícula de los insectos, provocándoles la muerte. Se caracteriza por ser muy rápido, lo malo es que no es biodegradable y puede mantenerse hasta por 10 años sin descomponerse. Se ha restringido su uso, pero se siguen produciendo 80 000 toneladas de DDT a nivel mundial.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Hay otros insecticidas que aunque son biodegradables y no se concentran, tienen acción tóxica asociada a los mecanismos de transmisión del impulso nervioso en los organismos que están en contacto con ellos. 3. Fertilizantes Un fertilizante es una sustancia o mezcla química natural o sintética usada para enriquecer el suelo y favorecer el crecimiento de los vegetales. Se debe entender el empleo de fertilizantes, como un modo importante de intervención del hombre en los ciclos de la agricultura. Los contaminantes que se acumulan en el suelo disminuyen la productividad de los cultivos, lo que pone en riesgo las estrategias que persigue una agricultura sostenible. Al reducirse la productividad, los agricultores recurren a más y más fertilizantes y pesticidas, lo que a su vez aumenta más la contaminación del suelo y de las aguas. El resultado es un círculo vicioso, un efecto perverso a largo plazo. Con el agua los abonos llegan a los ríos, a los lagos y al mar, afectando a plantas y animales acuáticos. Por eso es mejor usar abonos orgánicos como el guano, humus, abonos verdes, estiércol de animales, etc. Por otra parte, las plantas consumen los elementos esenciales para su crecimiento y hacen que estos elementos vayas agotándose del suelo donde se encuentran. Para remediarlo, la agricultura convencional, opta por la aplicación masiva de fertilizantes. El problema es que las plantas sólo absorben la mitad y el resto se queda ó se filtra. Los abonos sintéticos como urea, nitratos, fosfatos, cloruros, etc., deben ser usados con moderación y cálculo, pues su abuso intoxica y mata la fauna (lombrices, insectos, ácaros) y la flora (hongos, bacterias) del suelo. CLASIFICACIÓN DE LOS FERTILIZANTES

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 4. Actividad metálica Las precipitaciones ácidas sobre determinados suelos originan la liberación de ciertos iones metálicos como el auminio (Al+++) que se desplaza hasta ser absorbido en exceso por las raíces de las plantas. En otras ocasiones, cuando el pH es bajo, partículas coloidales de propiedades semiconductoras como los óxidos de hierro (FeOx), titanio (TiOx), zinc (ZnOx), etc. que puedan estar presentes en el medio y favorecen la oxidación del ion manganeso (Mn-), volviéndolos insolubles e inmovilizándolos. Esta oxidación se da aún bajo la incidencia de la luz solar en las capas superficiales. Otro proceso es el de la biometilización, mediante el cual reaccionan iones metálicos y determinadas sustancias orgánicas naturales, cambiando radicalmente las propiedades físico-químicas del metal. Los metales que ofrecen más afinidad para este proceso son: mercurio, plomo, arsénico y cromo. Este es el principal mecanismo de movilización natural de los metales pesados. Los compuestos argometálicos así formados suelen ser muy liposolubles y de consecuencias relevantes. Cuando los metales son añadidos externamente en forma de vertidos incontrolados, se convierten en un verdadero problema. Los factores que influyen sobre la movilidad de estos iones son: la textura, la superficie específica, el pH y el contenido de complejos arcillosos en presencia de fosfatos (PO4)-3. Esta situación es de vital importancia cuando el pH del suelo es inferior a 6. Los metales conocidos como contaminantes importantes siguen la serie de solubilidad: Cd > ó = Zn > Ni > Cu > Pb > Cr La presencia de metales como contaminantes pueden producir a las plantas diferentes alteraciones, tales como:

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 5. Residuos radioactivos Son materiales de desecho que contienen o están contaminados con nucleoides inestables. Esta propiedad que presentan los núcleos de algunas especies atómicas consiste en una desintegración espontánea de los mismos, con emisión de partículas y radiaciones electromagnéticas. Existen efectos importantes inducidos tales como:  Probar los efectos atómicos, en decenas de lugares geográficos (por ej., las primeras bombas atómicas inglesas se probaron en Australia), provocaron que el suelo contaminado no pueda someterse a procesos de mitigación, por miles de años.  Accidentes nucleares como Chernóbil muestran la increíble y descomunal contaminación de suelos, agua, atmósfera, consecuencia de la falta de sentido común y/ó de leyes restrictivas a las potenciales fuentes de contaminación. El daño que generan estas emanaciones, ya ha sido mencionado anteriormente. II.2.3.2 PREVENCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN DEL SUELO Lo ideal es que la basura -como tal- no debe existir. La naturaleza enseña que todo lo producido y creado es reintegrado al medio y con la basura debe buscarse lo mismo, es decir, que todo sea reaprovechado de una u otra forma. Lo anterior señala una solución integral en la que el concepto basura desaparecería. Varias iniciativas existen para reducir o resolver el problema, dependen principalmente de los gobiernos, las industrias, las personas o de la sociedad en su conjunto. Algunas soluciones generales al problema de la basura serían: Las medidas de reducción de residuos se pueden agrupar en:  Prevención.- Canalización adecuada de los residuos finales. Comprar productos con el mínimo embalaje y el mínimo envase, no consumir innecesariamente, disminuir la cantidad de desechos potenciales, comprar productos con etiquetas ecológicas, ecodiseño, etc.  Reducir.- Procurar deshacerse del mínimo de residuos posibles.  Reutilizar.- Intentar alargar la vida de los productos y en el caso de que el producto no sirva para su función, probar darle otros usos  Reciclar.- Reintegración de los residuos al ciclo productivo. Cuando no tengas más opciones de deshacerte de un producto hazlo con responsabilidad y llevalo a su correspondiente contenedor de recolección selectiva, o bien, al sistema de gestión de residuos que sea propio de tu municipio o región.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Para alcanzar una solución eficiente, muchas ciudades del mundo han adoptado leyes bajo el concepto de basura cero , a través de la planificación correcta de los residuos  Clasificar eficientemente todos los desechos.  Evitar al máximo el derroche de materias primas.  En lugar de un sistema de producción, consumo y eliminación, se tiene un proceso cíclico de producción, donde la mayor parte de los residuos de la producción así como del consumo sean reintegrados al ciclo productivo de la misma forma que la naturaleza lo hace.  Todos aquellos residuos que no son reintegrados al ciclo productivo deben ser adecuadamente canalizados, en especial los desechos peligrosos.  Evitar sistemas de eliminación que supongan un riesgo para el ambiente y nuestra salud.

ACTIVIDAD DE APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO 1. Investiga en Internet cuáles son los estándares permitidos de los contaminantes en aire, agua y suelo: a. Aire b. Agua c. Suelo 2. Con dichos valores, elige dos reacciones químicas de las expuestas en este Bloque y obtén el número de moles y de moléculas, así como el reactivo limitante y rendimiento de cada una de ellas: a. Reacción 1.b. Reacción 2.3. Sombrea las casillas correspondientes en cada caso. Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor:

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II ACTIVIDAD DE INTEGRACIÓN Forma un equipo de compañeros para que lleven a cabo un periódico mural, con la problemática de la contaminación y las medidas para prevenirla. Que lo valide tu asesor. ACTIVIDADES DE APOYO O RETROALIMENTACIÓN EXPERIMENTO 1: EL GAS MISTERIOSO Puedes solicitar el apoyo de tu asesor. Realiza tus anotaciones y conclusiones en un cuaderno. El anhídrido carbónico (CO2) es el gas que se encuetra en los refrescos embotellados, el que se emplea en los extinguidores de fuego, el que hace esponjoso el pan y uno de los llamados gases de invernadero. Como puedes observar, este compuesto tiene muchas aplicaciones, y en consecuencia, es muy importante. Muchos extinguidores están llenos de este compuesto, o bien tienen una carga de compuestos químicos que cuando es necesario entran en reacción produciendo este gas. Dirigido directamente al fuego, apaga la combustión y es precisamente esta propiedad la que nos permite demostrar su presencia en el aire, mediante el siguiente experimento. MATERIALES:  Un tubo de ensayo grande con tapón  Un rollo pequeño de cartulina ó bien, un rollo de cartón de los que quedan cuando se termina el papel sanitario.  Una vela  Carbonato de sodio (Na2CO3)  Vinagre (ácido acético en solución acuosa) DESARROLLO DEL EXPERIMENTO: 1. Enciende la vela hasta que forme una flama de buen tamaño y permanente. 2. En el tubo de ensayo coloca una cucharada de carbonato de sodio, añade cuatro cucharadas de vinagre y tapa el tubo. Observa lo que sucede en su interior. 3. Destapa el tubo de ensayo e inclínalo ligeramente, de manera que el gas generado se desplace a través del tubo de cartón, mismo que deberá tener el otro extremo dirigido a la flama de la vela, como en la figura:

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II CONCLUSIONES: De acuerdo con el experimento anterior, desarrolla en un cuaderno lo que se te pide, y comentalo con tu asesor: 1.- Establece la ecuación de la reacción que se lleva a cabo dentro del tubo. 2. -¿Qué sucedió con la flama de la vela? 3.- ¿La presencia de qué gas estamos demostrando al deslizarlo por el tubo de cartón? 4.- ¿Qué características tiene este compuesto? ¿Qué sucede cuando nos excedemos con la generación de sus emisiones a la atmósfera?

EXPERIMENTO 2: LA VIDA EN UNA GOTA DE AGUA Puedes solicitar el apoyo de tu asesor. Realiza tus anotaciones y conclusiones en un cuaderno. El agua es la base de la vida, no sólo de la vida de organismos superiores como nosotros, sino que en una simple gota de agua podemos encontrar cientos de organismos microscópicos Cada especie de microorganismo es capaz de desarrollar sus actividades vitales en un rango de condiciones ambientales en concreto. Por esto, algunos microorganismos son considerados indicadores de buena calidad del agua, mientras que otros, son propios de medios contaminados. MATERIALES:     

Agua estancada de alguna charca Microscopio Portaobjetos Cubreobjetos Guía para identificación de organismos microscópicos del agua

DESARROLLO DEL EXPERIMENTO: El experimento sólo consiste en colocar una gota de agua sobre el portaobjetos, cubrirlo con un cubreojetos y situarlo en el microscopio. Simplemente con 100 aumentos ya podremos observar e identificar multitud de especies de algas microscópicas y pequeños crustáceos, turbelarios, nemátodos, etc. Entre los microorganismos de agua dulce podemos encontrar: Diatomeas.- Algas silíceas, microscópicas y unicelulares que contienen clorofila. Forman parte del fitoplancton. Tienen forma de cajitas con tapadera. Clorofitas.- Estos microorganismos también reciben el nombre de algas verdes.Tienen formas muy variadas. 102

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Paramecios.- Se desplazan por medio de pequeños cilios que son pelos que recubren la célula entera. Pueden nadar a su aire o estar sujetos por tallos como si fueran vegetales. Forman parte del zooplancton. Amebas.- Se mueven y alimentan a través de falsos pies llamados pseudópodos.Forman parte del zooplancton. La Entamoeba histolytica, es un tipo de ameba que vive en el intestino humano provocando la disentería amebiana, enfermedad difuminada en los países tropicales.

CONCLUSIONES: De acuerdo con el experimento anterior, desarrolla en un cuaderno lo que se te pide, y comentalo con tu asesor: 1.- ¿Por qué son importantes los microbios del agua? 2.- De los que observaste: ¿Cuáles son benéficos y cuáles perjuciciales? 3.- ¿Cómo se ven afectados estos seres vivos con las malas prácticas del cuidado del ambiente? ¿Cómo repercute en nosotros los humanos?

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ACTIVIDAD PREVIA 1. Para poder manejar en forma adecuada la información contenida en el BLOQUE III, es necesario que estés familiarizado con los siguientes conceptos. Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor: a. b. c. d. e. f.

Materia Propiedades de la materia Estados de agregación Dispersión Dilución Concentración

2. Manejar unidades de medición en millones, por ejemplo: Representar con notación exponencial los siguientes números: a. 52 millones = ______________ b. 356 milimetros = ___________ metros c. 8 miligramos = ____________ gramos d. 95 mililitros = ______________ litros ACTIVIDAD DE INDAGACIÓN Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor: 1. Investiga la formulación de los siguientes productos y anota sus componentes. Indica también cuál es el que predomina en cantidad. Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalos con tu asesor. a. Producto alimenticio: b. Producto de limpieza: c. Producto medicinal: 2. En cada producto, trata de desarrollar matemáticamente la proporción de alguno de los componentes minoritarios con respecto al componente mayoritario. Anótalo y comentalo con tu asesor. a. Producto alimenticio _____________________________________________ b. Producto de limpieza ____________________________________________ c. Producto medicinal ______________________________________________

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LECTURA 3- EL CIGARRILLO Y SUS CONSECUENCIAS Nicotina, alquitrán y monóxido de carbono, ése es el único contenido que figura en una cajetilla de tabaco y sin embargo hay más, mucho más. Las tabacaleras están realizando un experimento a gran escala con millones de personas. Multinacionales de la Unión Europea reconocen que usan alrededor de 300 aditivos en sus marcas, muchos de ellos tóxicos y con un fin principal: aumentar la adicción a la nicotina y disminuir los efectos molestos del tabaco para enganchar al fumador. Un 90% de cada cigarrillo es tabaco, ya de por sí adictivo y cancerígeno, pero un 10.0% son aditivos, compuestos químicos de los que sabemos muy poco. El tabaco es el único producto de consumo que no tiene que declarar su composición, una situación anómala. En realidad, sólo los brillantes químicos de las tabacaleras saben a ciencia cierta para qué sirve cada cosa y tenemos que creer lo que ellos declaran. Otros expertos de laboratorio han analizado la composición del humo y del alquitrán de los cigarrillos con el fin de demandar a las tabacaleras, destacan que los cigarrillos son una obra de ingeniería para aumentar la adicción. Las tabacaleras van años por delante de nosotros y aunque afirmen que la mayoría de los compuestos son aroma, en realidad tienen otras funciones, muchas de las cuales las desconocemos. Hasta un 4.2% del cigarrillo son azúcares, sustancias aparentemente inocuas, pero que al quemarse producen acetaldehído. Está demostrado que el acetaldehído aumenta el efecto de la nicotina. En un experimento en ratas adictas a la nicotina, éstas siempre elegían la mezcla con acetaldehído antes que la nicotina sola. Además, hay al menos siete compuestos derivados de la lactona. Esta sustancia inhibe la enzima encargada de metabolizar la nicotina. Al no funcionar esa proteína, la nicotina permanece más tiempo en sangre y aumenta la adicción. Otras de las sustancias que se añaden son derivados del cacao (hasta un 1.1% del cigarrillo). Estos productos no sólo dan sabor dulce al cigarrillo (con lo que atrae a los jóvenes) sino que actúan como broncodilatadores y facilitan que la nicotina llegue a los alveolos pulmonares y se inhale más. El regaliz (que supone un 1.3%) produce un efecto similar. Hay también precursores del ácido salicílico (el mismo de la aspirina) que actúan como anestésico, de forma que el tabaco irrite menos la garganta. El mentol tiene un efecto similar, pero además minimiza la tos y así el fumador tiene menos percepción de riesgo. Otros compuestos que se añaden reducen la acidez y aceleran el paso de nicotina de forma sólida a gaseosa, lo que facilita su inhalación. Los centenares de compuestos usados como aromas sirven también para hacer el humo menos irritante y más tolerable para los no fumadores. En ocasiones la composición de nicotina, alquitrán y monóxido concuerdan con lo que dice la cajetilla, pero los aditivos burlan los resultados. Con los artificios

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II de la acidez y bloqueando las enzimas que destruyen la nicotina, consiguen en realidad mucha más concentración en sangre. Todos los aditivos, aun a dosis ínfimas, pueden tener efectos que se suman entre sí y hay algunos tóxicos y cancerígenos. El acetaldehído es mutagénico y tóxico para el embrión y produce tumores en el tracto respiratorio, según los estudios. Otros aparecen en una forma, pero al quemarse dan lugar a elementos cancerígenos. El alquitrán que refleja la cajetilla no es una sola sustancia, sino los miles de compuestos que quedan tras quemar el cigarrillo y que abarca desde metales pesados como el arsénico a elementos altamente cancerígenos, como las nitrosaminas específicas del tabaco. El resto de los tóxicos van al humo. La industria, ha incluido también antioxidantes en los cigarrillos para intentar reducir los casos de cáncer. Los tabacaleros argumentan que su producto es cancerígeno y adictivo incluso sin aditivos, así que no creen que al consumidor le diga mucho saber que tiene un 2% o un 3% de azúcares. A tenor de las cifras, mueren más personas al año en el mundo a consecuencia del tabaco, que las que fallecen en accidentes de tráfico. La prueba de que el tabaco es un instrumento de ingeniería química muy sofisticado para atraer al fumador es que a partir de los años setenta se comenzaron a usar los aditivos y las ventas se dispararon y las empresas tabacaleras, enloquecieron buscando fórmulas.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II ACTIVIDAD DE ANÁLISIS Y REFLEXIÓN De acuerdo con la lectura anterior, contesta las siguientes preguntas. Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor. 1. ¿Sabías de la existencia de estos aditivos presentes en el cigarrillo y de sus repercusiones para los fumadores? 2. ¿Será importante para nuestra vida diaria conocer estos datos? ¿Por qué? 3. ¿Cómo crees tú que se hayan obtenido los datos cuantitativos que se mencionan acerca de estas moléculas contenidas en el cigarro? 4. ¿Crees que exista la posibilidad de hacer cálculos de este tipo, con otro tipo de compuestos presentes en otros materiales?

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II III. INTRODUCCIÓN A través de los sentidos recibimos y percibimos información de todo lo que nos rodea. Percibimos cosas de diversas clases, formas, tamaños, gustos y olores. Todas estas cosas que nos presenta la naturaleza están formadas por materia. La materia está definida como la realidad primaria de la que están hechas las cosas. Parte del universo observable, tiene una localización espacio-temporal y se puede apreciar a través de los sentidos. Posee masa y por eso es susceptible de ser medida. De forma común, en la naturaleza los materiales suelen ir mezclados. Al realizar cualquier mezcla, los materiales no se alteran. A las partes de una mezcla se les llama componentes. Aunque todos los cuerpos están formados por materia, no todos ellos están formados por el mismo tipo de materia, sino que están compuestos de sustancias diferentes de modo que una sustancia es un tipo concreto de materia. Cuando se examina una sustancia cualquiera, ésta puede analizarse de tal suerte que se pueda llegar hasta las moléculas que la componen. Estas unidades son tan pequeñas, que son invisibles a nuestros ojos, sin embargo, mantienen todas las propiedades de la sustancia completa. A su vez, las moléculas pueden dividirse en los elementos que la forman, llamados átomos. Según su origen, una sustancia puede ser orgánica o inorgánica. Las sustancias orgánicas pertenecen a los seres vivos y las inorgánicas al reino mineral. III.1 SISTEMAS MATERIALES Un sistema material, queda definido como una porción de materia que se considera de forma aislada para un estudio en particular. La separación de un sistema material en los componentes que lo conforman puede llevarse a cabo por métodos físicos o por métodos químicos. Los primeros incluyen una serie de operaciones en las cuales no se produce ninguna alteración en la naturaleza de las sustancias, de modo que un simple 109

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II reagrupamiento de los componentes obtenidos tras la separación dará lugar, nuevamente, al sistema primitivo. Los segundos, llevan consigo cambios, donde la materia base sufre transformaciones que afectan a su naturaleza íntima, de modo que una vez que se establece la separación, la simple reunión de los componentes no reproducirá la sustancia original. La composición de los sistemas materiales se clasifica como sigue:

Al mismo tiempo, los sistemas materiales se pueden dividir en Homogéneos y Heterogéneos, dependiendo de las superficies de discontinuidad contenidas en su masa.  Sistemas homogéneos.- Son aquellos que presentan iguales propiedades en todos los puntos de su masa, ya que no se observan en él superficies de discontinuidad ó separación, ni aun con el ultramicroscopio. Aunque cada una de sus partes se reconoce como independiente, no presentan límites bien definidos, por eso es posible decir que los sistemas homogéneos son monofásicos (formados por una sola fase).  Sistemas heterogéneos.- Son aquellos que se caracterizan por poseer propiedades diferentes cuando se consideran al menos dos puntos de su masa. Presentan superficies de discontinuidad ó de separación. Cada una de sus partes representa a sistemas homogéneos separados entre sí, por límites bien definidos conocidos con el nombre de interfases, por eso es posible decir que los sistemas heterogéneos son polifásicos (formados por varias fases).

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II III.1 SUSTANCIAS PURAS Son sistemas homogéneos con propiedades intensivas constantes que resisten los procedimientos mecánicos y físicos durante un análisis. Los tipos de sustancias puras son: 1. Elementos.- Son las sustancia puras más simples, pues no se pueden descomponer en otras más sencillas. Estan formadas por átomos de la misma especie que conforman a los elementos, mismos que encontramos representados en la Tabla Periódica, como el hierro, oxígeno, nitrógeno, carbono, entre otros. 2. Compuestos.- Están formados por la unión de átomos de dos o más elementos mediante fuerzas de enlace, en proporciones definidas y constantes asociadas a una fórmula química. Sus entidades, ya sean de moléculas ó de pares iónicos, sólo se pueden romper mediante procedimientos químicos. Hay muchísimos ejemplos de sustancias puras compuestas como: el agua, la sal de cocina, el oxígeno diatómico, el azúcar, el gas butano, etc. Otras tienen nombres menos familiares, como el ácido sulfúrico, el carbonato de calcio, el benceno, etc. III.2 SISTEMAS DISPERSOS (MEZCLAS) Los sistemas dispersos, también llamados mezclas, son el resultado de la combinación de dos ó más sustancias puras que se encuentran dispersas entre sí. Es la manera más común en la que podemos encontrar la materia y se encuentran presentes tanto en numerosos fenómenos de la naturaleza, como en nuestra vida cotidiana. Los sistemas dispersos se encuentran a nuestro alrededor en una gran diversidad de aplicaciones:  En los alimentos (leche, mayonesa, jugos, gelatinas, etc.)  En el medio ambiente (aire, agua de lagos y mares, arcilla del suelo, etc.)  En los productos de higiene (jabones, geles, desodorantes, dentríficos, cremas, etc.).  En los fluidos corporales (sangre, jugos digestivos, saliva, orina, etc.)  En los artículos para el trabajo (pinturas, lacas, recubrimientos, cemento, pegamentos, etc.)  En los medicamentos (jarabes, ungüentos, comprimidos, etc.)

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II  En el petróleo y sus derivados (diesel, gasolina, gas butano y propano, etc.) No poseen una composición química definida, es decir que están formados por sustancias que se unen entre sí sin que tenga lugar una reacción química, por lo que estas mismas siguen conservando sus propiedades características. La clasificación de un sistema disperso, se basa en el tamaño de las partículas de la fase dispersa. Es conveniente señalar que los límites entre los distintos sistemas dispersos no constituyen fronteras bien definidas, existiendo casos que se pueden clasificar en uno u otro tipo de sistema, por ejemoplo:

A las partes que conforman un sistema disperso, se les denomina fases. Una o más sustancias forman la fase dispersa, que se encontrará distribuida en el interior de otra fase denominada medio dispersante, en forma de pequeñas partículas. Un término también importante a considerar en los sistemas dispersos, es el de componente, denominándose así a cada una de las sustancias que constituyen las fases de la mezcla. Por su parte, cada componente se puede separar y continuar conservando sus propiedades. Las mezclas pueden estar formadas por un solo componente y varias fases, como ocurre cuando tenemos agua líquida en equilibrio con hielo y vapor de agua, ó bien, estar formadas por varios componentes y una sola fase, como es el caso del perfume, que constituye una solución en agua y alcohol de ciertas esencias, sin embargo, no es posible determinar dónde está la parte de alcohol, dónde la de agua y dónde la de esencia. El número de componentes que posee un sistema, es independiente de su homogeneidad o heterogeneidad. Una manera práctica de identificar los diferentes sistemas dispersos, es a través de la aplicación de las siguientes pruebas: Soluciones Coloides Dispersiones finas No sedimentan No sedimentan Sedimentan en reposo Se pasan a traves del Se pasan a traves del Si se separan a papel filtro ordinario papel filtro ordinario través de un filtro Se pasan a través Se separan mediante Se separan mediante de una membrana una membrana una membrana 112

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II De color uniforme, transparentes No dispersan la luz

De color uniforme, brumosos u opacos Dispersan la luz

Turbias, de color uniforme cuando se agitan Dispersan la luz

III.2.1 SOLUCIONES Son sistemas homogéneos de la unión de dos ó más sustancias puras en iguales o distintos estados de agregación. Cuando dos sustancias líquidas pueden dar lugar a mezclas homogéneas o soluciones, se dice que son miscibles. Los tipos de sustancias presentes en una solución son: 1. Soluto.- Es el componente que se encuentra en menor proporción y tiende a disolverse en el medio (fase dispersa). Son particulas de 0.001 µm ó menos. 2. Solvente.- Es el componente que se encuentra en mayor proporción en la solución y tiende a contener al soluto (fase dispersante). Las soluciones verdaderas, son aquellos sistemas que tienen partículas dispersas (moléculas o iones), con tamaño menor a 0.001 µm (milimicras = 1 x 10-6 m). No son visibles ni siquiera con ultramicroscopio. El tipo de solución está establecido por el estado de agregación del disolvente. Las soluciones líquidas son las más comunes. A continuación se presentan los diferentes tipos de soluciones de acuerdo a los estados de agregación del soluto y el solvente: Tipos de soluciones Estado de agregación del soluto Sólido Líquido Gaseoso Sólido Líquido Gaseoso Sólido Líquido Gaseoso

Estado de agregación del solvente Sólido

Líquido

Gaseoso

Ejemplos Aleaciones metálicas (bronce, latón, etc.) Amalgamas dentales. Hidrógeno en palacio (encendedores) Agua de mar, salmuera, etc. Bebidas alchólicas (tequila, ron, etc.) Bebidas gaseosas (sidra, soda, etc.) Humo (hollín en el aire). Brisa marina (Agua en el aire). Aire, gas doméstico.

En el análisis químico las distintas reacciones que tienen lugar en los procedimientos analíticos van a ocurrir mayormente en una solución, con la intervención de reactivos que están disueltos en un solvente determinado. Por 113

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II ello resulta importante conocer y saber utilizar los conceptos de lo que son las soluciones y como se forman, los factores que afectan la solubilidad de las sustancias y la forma de expresar la concentración de las disoluciones.

Terminología de las soluciones  Solución acuosa: Aquella solución donde el solvente es agua. El soluto puede ser un sólido, un líquido o un gas.  Solubilidad: Cantidad máxima de soluto que puede ser disuelta por un determinado solvente a una temperatura y presión específicas, ya que este fenómeno tiende variar cuando se modifican estas condiciones. Es un dato cuantitativo. Por ejemplo la solubilidad del NaCl (cloruro de sodio), es de 36 gramos por cada 100 gramos de agua a 20º C. Cuando una sustancia no parece disolverse en un disolvente, se dice que es insoluble, como el agua y el aceite.  Miscibilidad: Capacidad de una sustancia para disolverse en otra. Es un dato cualitativo. Separa los pares de sustancias en miscibles e inmiscibles.  Reglas de solubilidad: Lo similar disuelve a lo similar. Las sustancias iónicas son solubles en solventes iónicos y las covalentes en solventes covalentes. Dada la polaridad de las moléculas del agua, ésta puede servir como disolvente para sustancias iónicas y moléculas polares. III.2.2 DISPERSIONES COLOIDALES Son sistemas heterogéneos, cuyos componentes no son identificables a través de los sentidos. No visibles al microscopio, pero sí al ultramicroscopio. Están conformados por un tipo de dispersión denominado coloide. 1. Coloides.- Se encuentran formados por dos fases: una dispersante, normalmente fluida y otra dispersa en forma de partículas por lo general sólidas (visibles con el ultramicroscopio). Si bien son sistemas heterogéneos, marcan un límite entre los sistemas materiales heterogéneos y homogéneos. El tamaño de partículas de la fase dispersa se encuentra entre 0.001 y 0.1 µm. El nombre de coloide proviene de la raíz griega kolas que significa que puede pegarse. Este nombre hace referencia a una de las principales propiedades de los coloides: su tendencia espontánea a agregar o formar coágulos. Actualmente, y debido a sus aplicaciones industriales y biomédicas, el estudio de los coloides ha cobrado gran importancia dentro de la físicoquímica y de la

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II física aplicada. Así, numerosos grupos de investigación de todo el mundo se dedican al estudio de sus propiedades. Debido a que las partículas coloidales están dispersas, es difícil diferenciarlas de las soluciones, sin embargo el tamaño de sus partículas les confieren propiedades especiales que les permiten identificarlos: a. Movimiento browniano.- Se observa en un coloide al ultramicroscopio, y se caracteriza por un movimiento de partículas rápido, caótico y continuo; esto se debe al choque de las partículas dispersas con las del medio. Gracias a su movimiento natural, las moléculas del medio dispersante, chocan aleatoriamente con las partículas suspendidas y hacen que éstas se muevan. El movimiento errático o browniano de forma constante, coadyuva a la estabilidad de los coloides, por lo que se mantienen en suspesión. b. Efecto de Tyndall.- Es una propiedad óptica de los coloides y consiste en la difracción de los rayos de luz que pasan a través de él. Esto no ocurre en otras sustancias. Se debe a que sus tipos de este partículas son mas grandes que las de una solución y cuando la luz las ilumina las hace visibles. Si un rayo luminoso penetra en un sistema coloidal, su trayectoria estará demarcada por una sucesión de partículas reflejan y refractan las radiaciones luminosas, (se conviertan en centros emisores de luz). Sus micelas gozan de esta propiedad, con el agregado de que la luz dispersada está polarizada. b. Adsorción.- Dentro de las propiedades más importantes de los coloides, se hallan las que dependen de sus interacciones superficiales. Los coloides son excelentes adsorbentes debido a su gran área de contacto, Un ejemplo es el carbón activado que se usa en los extractores de olores. Esta propiedad se usa también en una técnica de separación de mezclas llamada cromatografía. Si bien las partículas coloidales adsorben sustancias, también pueden ser adsorbidas en la superficie de otros materiales. Por ejemplo, al teñir un tejido, las fibras de éste adsorben el colorante (que es un coloide). Lo mismo sucede con la acción de un jabón, (que también es un coloide), cuando es absorbido por las gotas de grasa ó de mugre.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II c. Carga eléctrica.- Las partículas coloidales presentan cargas eléctricas positivas o negativas. Durante la hidratación de los coloides, una atracción recíproca que tiene lugar entre las partículas coloidales, cargadas eléctricamente y las moléculas de agua. Consideradas éstas como un dipolo con sus cargas positiva y negativa ubicadas una en cada extremidad, al enfrentarse con una micela, también cargada, se atraen, mutuamente por sus cargas de signo contrario, hasta llegar a unirse. Este fenómeno de la fijación de agua por las micelas coloidales recibe el nombre de imbibición o gelificación y se demuestra introduciendo un trozo de gelatina en un recipiente con agua; casi inmediatamente comienza a hincharse, aumentando sensiblemente su volumen y adquiriendo un aspecto blando y elástico. III.2.3 DISPERSIONES FINAS Son sistemas heterogéneos cuyos componentes no son identificables a través de los sentidos, pero son visibles al microscopio. Las partículas de las fase dispersa tienen dimensiones comprendidas entre 0.1 µm y 50 µm. Se dividen en: 1. Suspensiones.- Se caracterizan porque la fase dispersa es sólida, mientras que la fase dispersante puede ser líquida o gaseosa. Son especialmente aquéllas mezclas que requieren ser agitadas antes de usarse, como muchos medicamentos (leche de magnesia) ó néctares de fruta. 2. Emulsiones.- Se caracterizan por poseer las fases dispersante y dispersa en estado líquido. Muchas emulsiones son emulsiones alimenticias en forma de mezclas de aceite/agua, como la mayonesa y la leche entera. En el caso de la mantequilla y la margarina, la grasa rodea las gotitas de agua (en una emulsión de agua en aceite); en la leche y la crema el agua rodea las gotitas de grasa (en una emulsión de aceite en agua). En ciertos tipos de magma, los glóbulos de ferroníquel líquido pueden estar dispersos dentro de una fase continua de silicato líquido. El proceso en el que se preparan las emulsiones se llama emulsificación. III.2.4 DISPERSIONES GROSERAS Son sistemas heterogéneos cuyos componentes son identificables fácilmente a través de los sentidos. Las partículas dispersas son mayores de 50 µm.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Un ejemplo de mezcla grosera lo constituye un trozo de granito, en él claramente se diferencian sus componentes (cuarzo, feldespato y mica). En la cocina son abundantes los ejemplos de mezclas de este tipo; prácticamente en todas las preparaciones culinarias se pueden distinguir componentes a simple vista: las ensaladas, las sopas, los guisados, etc.

Tipos de dispersiones Dispersión Sol sólido Sol ó gel Aerosol sólido Emulsión sólida Emulsión Aerosol líquido Espuma sólida Espuma

Estado de agregación fases dispersa/dispersante Sólido en sólido Sólido en líquido Sólido en gas Líquido en sólido Líquido en líquido Líquido en gas Gas en sólido Gas en líquido

Ejemplos Acero, gemas, caucho, porcelana, etc. Sangre (plasma), tinta china, gelatina, lodo, etc. Humo de chimeneas, polvo en el aire. Queso, mantequilla y margarina, etc. Mayonesa, leche, cremas cosméticas, etc. Nubes, rocío, niebla, sprays, etc. Piedra pómez, bombones, unicel, etc. Crema de afeitar, mousse, claras batidas, etc.

ACTIVIDAD DE APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor: 1. Desarrolla el siguiente crucigrama: HORIZONTALES: 1 Ejemplo de un tipo de solución de soluto líquido en solvente líquido. 1 Se caracterizan por poseer la fase dispersa y la dispersante en estado líquido. 3 Es un ejemplo de aerosol líquido. 3 Sistema que no presentan en su masa superficies de discontinuidad ó separación. 5 Las sustancias puras más simple, pues no se pueden descomponer en otras más sencillas. 7 Aquella solución donde el solvente es agua. 8 Formados por la unión de átomos de dos o más elementos mediante fuerzas de enlace.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 9 Particula de 0.001 µm ó menos, que tiende a dispersarse en el medio en que se encuentra. 10 Sustancia con propiedades intensivas constantes que resiste los procedimientos mecánicos y físicos durante un análisis. 11 Ejemplo de sol ó gel. 13 Es el componente que se encuentra en mayor proporción en la solución (fase dispersante). 13 Son sistemas homogéneos de la unión de dos ó más sustancias puras en iguales o distintos estados de agregación. 17 Ejemplo de espuma sólida. 19 Ejemplo de un sistema disperso presente en nuestros alimentos. 19 Marcan un límite entre los sistemas materiales heterogéneos y homogéneos. VERTICALES 1 Efecto que consiste consiste en hacer pasar un haz de luz a través del medio y observar su trayectoria. 1 Ejemplo de dispersión de sólido en líquido. 3 Ejemplo de una emulsión sólida alimenticia. 3 Ejemplo de un tipo de solución de soluto gaseoso en solvente líquido. 3 Tipo de dispersión cuya fase dispersa tiene dimensiones comprendidas entre 0.1 µm y 50 µm. 6 Ejemplo de solución de soluto sólido en solvente sólido. 7 Sistemas que se consideran de forma aislada para un estudio. 9 Dispersiones dispersas de gasen líquido. 11 Ejemplo de un sistema disperso que es un fluido corporal. 12 Sistema que presentan en su masa superficies de discontinuidad ó separación. 13 Ejemplo de una emulsión, cuando se encuentra entera. 14 Ejemplo de un sistema disperso presente en los artículos de trabajo. 15 Ejemplo de solución de soluto sólido en solvente gaseoso. 16 Ejemplo de sol sólido. 17 Ejemplo de una aleación. 17 Tipo de dispersión con fase dispersa sólida y medio dispersante sólido. 19 Otro ejemplo de aleación. 19 Ejemplo de gel, tambien llamado arcilla. 20 Es un tipo concreto de materia.

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2. Llena los espacios vacíos en el siguiente ejercicio. Coloca un SI ó un NO según corresponda. Sistema

Sedimentan

Pasan un filtro

Solución Coloide Dispersiones Finas

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Pasan una Dispersan membrana la luz

Apariencia

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II III.3 CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES III.3.1 DESCRIPCIONES CUALITATIVAS DE LAS SOLUCIONES En toda solución, siempre existe un límite con respecto a la cantidad de soluto que es capaz de disolverse en determinada cantidad del solvente. Por ejemplo cuando añadimos azúcar a un vaso de agua, al principio ésta desaparece rápido en la solución, pero al continuar añadiendo más azúcar llega un punto en el que el soluto ya no se disuelve mas, sino que se precipita al fondo del recipiente. La cantidad de las sustancias presentes en las soluciones son variables y desde el punto de vista cualitativo se clasifican en varios estilos:  Solución no saturada.- Solución que contiene una cantidad de soluto menor que la que el solvente puede disolver a esa presión y esa temperatura, como por ejemplo un litro de agua con una bolsita de té.  Solución saturada.- Solución que contiene la máxima cantidad de soluto que el solvente puede disolver a una presión y una temperatura específicas, como por ejemplo la salmuera de las aceitunas. Si se le agrega más soluto no lo disuelve: si es un sólido en un solvente líquido, el exceso precipita; si es un líquido en solvente líquido, el exceso queda separado del solvente por encima o por debajo según su densidad relativa; si es un gas en un solvente líquido, el exceso de soluto escapa en forma de burbujas.  Solución sobresaturada.- Solución que contiene un excedente de soluto y que fue sometida a una presión o temperatura distintas para forzar una mayor solubilidad por parte del solvente, como por ejemplo el gas contenido en un refresco cerrado. En ocasiones se emplean también términos tales como:  Solución diluida.- Son soluciones con cantidades relativamente pequeñas de soluto disuelto en el solvente, como cuando le pones al agua unas gotas de desinfectante.  Solución concentrada.- Son soluciones con cantidades relativamente grandes de soluto disuelto en el solvente, como el café cargado.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II III.3.2 EXPRESIONES CUANTITATIVAS DE LAS CONCENTRACIONES La concentración de una disolución constituye una de sus principales características. Bastantes propiedades de las disoluciones dependen exclusivamente de su concentración. Resultan de interés tanto para el estudio de la física como para la química. Para describir completamente a una solución es necesario especificar su concentración. Misma que queda definida como la cantidad de soluto disuelto en una determinada cantidad de solvente, o bien, cantidad de soluto disuelto en una determinada cantidad de solución. En términos cuantitativos, las soluciones pueden clasificarse de la siguiente manera: III.3.2.1 CONCENTRACIONES FÍSICAS Son aquellas en donde el soluto y el solvente son sustancias cuya estructura química no afecta la determinación de la concentración, pues solo se necesita conocer la relación de unidades de soluto con respecto a las unidades de solvente. 1. Porcentuales (%) Consisten en que el soluto y el solvente estén en la misma proporción que cien. Se dividen en: porcentuales de masa-masa, porcentuales de volumen-volumen y porcentuales de masa-volumen. Su cálculo se obtiene a partir de los siguientes pasos: Paso 1.- Se elabora un renglón de referencia con los datos del 100% de solución. Paso 2.- Con los datos conocidos se determina la proporción en porciento del soluto, que es la incógnita. Paso 3.- Expresar en los términos solicitados y ese será el resultado. a. Porciento de masa-masa Es la concertación que se expresa con la cantidad de gramos de soluto disueltos en 100 gramos de solución. Ejemplo: ¿Cuál es la concentración porcentual en masa-masa, de una solución salina de 600 gramos, que tiene disueltos 90 gramos de sal?

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Pasos 1 y 2.600 g de solución salina 90 g de sal

100 % x = ¿% soluto?


Paso 3.% masa-masa = 90 g de sal x 100 = 15 % 600 g de solución salina A partir de este ejercicio, podemos deducir una fórmula general que puede usarse cuando los datos de un problema involucren el mismo planteamiento: % masa-masa =

masa de soluto x 100 % masa de la solución

b. Porciento de volumen-volumen Es la concertación que se expresa con la cantidad de mililitros de soluto disueltos en 100 mililitros de solución. Ejemplo: ¿Cuál es la concentración porcentual en volumen-volumen, de una solución alcohólica de 850 mililitros, que tiene disueltos 170 mililitros de alcohol etílico? Pasos 1 y 2.850 ml de solución alcohólica 170 ml de alcohol etílico

100 % renglón de referencia x = ¿% soluto?

Paso 3.% volumen-volumen = 0.170 ml de alcohol etìlico x 100 = 20 % 0.850 ml de solución alcohólica A partir de este ejercicio, podemos deducir una fórmula general que puede usarse cuando los datos de un problema involucren el mismo planteamiento: % volumen-volumen = volumen de soluto x 100 volumen de la solución c. Porciento de masa-volumen Es la concertación que se expresa con la cantidad de gramos de soluto disueltos en 100 mililitros de solución.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Ejemplo: ¿Cuál es la concentración porcentual en masa-volumen de un litro de almíbar, que tiene disueltos 300 gramos de glucosa? Pasos 1 y 2.1000 ml de almíbar 300 g de glucosa

100 % x = ¿% soluto?


Paso 3.% masa-volumen = 300 g de glucosa x 100 = 30 % 1000 ml de almíbar A partir de este ejercicio, podemos deducir una fórmula general que puede usarse cuando los datos de un problema involucren el mismo planteamiento: % masa-volumen =

gramos de soluto x 100 volumen de la solución

2. Partes por millón (ppm) Es la concentración que se expresa con la cantidad de miligramos de soluto disueltos por cada litro ó kilo de solución. Su cálculo se obtiene a partir de los siguientes pasos: Paso 1.- Se elabora un renglón de referencia con los datos para un litro o un kilo de solución. Paso 2.- A partir de los datos conocidos, se determina la razón en p.p.m. del soluto, que es la incógnita. Paso 3.- Expresar el resultado en los términos solicitados y ese será el resultado.

Ejemplo 1: ¿Cuál es la concentración en ppm de una solución de un 1.5 litros, acidulada con 20 miligramos de HCl? Pasos 1 y 2.renglón de referencia 20 miligramos de HCl 20 miligramos de HCl

20 p.p.m. x = ¿p.p.m?

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1.0 litro de solución 1.5 litros de solución

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Paso 3.p.p.m = (20 miligramos de HCl) (1.5 litros de solución) = 30 p.p.m 1.0 litro de solución A partir de este ejercicio, podemos deducir una fórmula general que puede usarse cuando los datos de un problema involucren el mismo planteamiento: p.p.m = (miligramos del soluto) (litros de solución) 1.0 litro de solución Ejemplo 2: ¿Cuál es la concentración en ppm, de 8 miligramos de cianuro contenidos en una paquete de 250 gramos de un veneno comercial?.

Pasos 1 y 2.renglón de referencia 8 miligramos de cianuro 8 miligramos de cianuro

8 p.p.m. x = ¿p.p.m?

1.0 kilo de veneno 0.250 kilo de veneno

Paso 3.p.p.m = (8 miligramos de cianuro) (0.250 kilos de veneno) = 30 p.p.m 1.0 kilo de veneno A partir de este ejercicio, podemos deducir una fórmula general que puede usarse cuando los datos de un problema involucren el mismo planteamiento: p.p.m = (miligramos del soluto) (kilos de solución) 1.0 kilo de solución III.3.2.2 CONCENTRACIONES QUÍMICAS Para determinar este tipo de concentraciones es necesario conocer la fórmula de los compuestos que se utilizan en cada determinación, ya que se involucran las masas moleculares. 1.- Molaridad (M) Es el método más común que se emplea para expresar la concentración de soluciones con solventes líquidos. Esta concentración se expresa con la cantidad de moles de soluto disueltos en un litro de solución. También aplica para las moléculas de soluto disociadas en iones.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Para determinar la concentración molar, se siguen los siguientes pasos: Paso 1.- Establecer un renglón de referencia con los datos de molaridad, volumen de solución y cantidad de soluto conocidos. Paso 2.- Determinar la razones de molaridad, volumen de solución y cantidad de soluto, entre los componentes involucrados y la sustancia requerida o la incógnita. Paso 3.- Expresar el resultado en los términos solicitados y ese será el resultado. Ejemplo 1: ¿Cuántos mililitros de una solución de HCl 12.0 M, habrá que emplear para obtener una solución con una concentración de 0.480 M de HCl? Pasos 1 y 2.1 litro de solución de HCl x = ¿litros de solución de HCl?

12.0 M

renglón de referencia 0.480 M

Paso 3.litrosdeHCl=(0.480 M)(1.0litro de solución)=0.040litrosdeHCl (12.0 M) ó 40 mililitros A partir de este ejercicio, podemos deducir una fórmula general que puede usarse cuando los datos de un problema involucren el mismo planteamiento: volumen requerido = (M requerida) (volumen conocido) (M conocida) Ejemplo 2: Describe como preparar 500 mililitros de una solución acuosa de NaOH 6.0 M. Pasos 1 y 2.39.89 g/mol de NaOH x = ¿g/mol de NaOH?

renglón de referencia 1 litro de solución 0.5 litros de solución

1.0 M 6.0 M

Paso 3.g/moldeNaOH=(0.5litrosde solución)(6.0M)(39.89g/moldeNaOH)=119.68 g/mol (1 litro de solución) (1.0 M) La solución 6.0 M se prepara con 119.68 gramos de NaOH, agregando solvente hasta completar 500 mililitros de solución.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II A partir de este ejercicio, podemos deducir una fórmula general que puede usarse cuando los datos de un problema involucren el mismo planteamiento: g/mol de soluto=(volumen desolución)(molesdesolución)(g/mol de soluto) (1.0 litro de solución) (1.0 M)

III.3.2.3 SOLUCIONES ÁCIDAS Y BÁSICAS Los solutos en disolución se pueden dividir en dos categorías: a. Electrólitos.- Solutos que cuando se disuelven en agua, forman una disolución que conduce la corriente eléctrica. Puede haber electrolitos fuertes (cuando la disociación es prácticamente total), electrolitos débiles (si se disocia menos del 1% de las moléculas) y no electrolitos (si no se produce la disociación). Un tipo especial de electrólitos lo constituyen los ácidos y bases. Por ejemplo, el ácido clorhídrico (HCl), es un electrólito fuerte y el ácido acético, (CH3COOH), es un electrólito débil. b. No electrolitos.- Solutos que no conducen la corriente eléctrica cuando estan disueltos en agua. Por ejemplo, el azúcar es un no electrólito. Los ácidos y las bases son electrolitos. Tradicionalmente los ácidos se caracterizan por tener un sabor agrio, corroer los metales, enrojecer el papel tornasol y perder todas sus propiedades ácidas al ponerse en contacto con una base. Por otro lado, las bases se caracterizan por tener un sabor amargo, se sienten jabonosas, colorean de azul el papel tornasol y pierden todas sus propiedades al ponerse en contacto con un ácido. Las sustancias que pueden comportarse como ácidos y como bases se denominan anfóteros. ¿Por qué algunas sustancias con ácidas, otras son básicas (alcalinas) y otras son neutras? 1. Teoría de Arrhenius Svante Arrhenius consideró como electrolito a aquélla sustancia que al disolverse en agua, conduce la corriente eléctrica, porque sus moléculas se disocian en iones (átomos cargados con electricidad). Para Arrhenius, son electrolitos fuertes, ácidos como el clorhídrico (HCl), el sulfúrico (H2SO4) y el nítrico (HNO3), todos los hidróxidos (excepto el hidróxido de amonio NH4OH) y la mayoría de las sales. Son electrolitos débiles los ácidos orgánicos, carbónico (H2CO3) fosfórico (H3PO4) y bases como el hidróxido de amonio. Son

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II no electrolitos la sacarosa, el etanol, el oxígeno gaseoso y el monóxido de carbono, entre otros. Según esta teoría, una sustancia ácida se disocia produciendo iones H+ es un ácido. Una sustancia que se disocia produciendo iones OH- es una base o hidróxido y las reacciones de neutralización ácido-base, se pueden escribir de manera molecular, iónica o iónica neta. H+

+

OH -

H2O

Una limitación de la teoría de Arrhenius sobre los ácidos y las bases es el hecho de que en ella no se considera el efecto del solvente en el proceso de ionización. 2. Teoría de Bronsted y Lowry Cuando los químicos trabajaron con disolventes distintos del agua, se encontraron compuestos que actuaban como ácidos ó como bases pero no había (H+) ni (OH-) en sus fórmulas. Por eso es que en esta teoría se toma en cuenta el solvente, ya que adiciona a cada protón una molécula de agua, obteniendo así un ión que se denomina hidronio: H3O +. Según la teoría de Johannes Bronsted y Thomas Lowry, se considera como un ácido a una sustancia donadora de protones y una base a una sustancia aceptora de protones (un protón es un átomo de hidrógeno que ha perdido su electrón). De esta manera, la molécula de agua se comporta como una base porque acepta un protón. El ión hidronio se comporta como un ácido porque dona un protón y cualquier anión se comporta como una base cuando acepta ese protón. Por otra parte, aunque aún se contempla la presencia de hidrógeno en el ácido, ya no se necesita un medio acuoso. El amoníaco líquido, que actúa como una base en una disolución acuosa, se comporta como un ácido en ausencia de agua cediendo un protón a una base y dando lugar al anión (ion negativo) amida: NH3

+

NH2-

Base

+

Base

+

H+

3. Teoría de Lewis Esta teoría propuesta por Gilbert Lewis, considera como ácido a una molécula o un ión que tienen su octeto de electrones incompleto y la base debe tener algún par de electrones solitarios para formar un enlace covalente, puesto tiene vacío el orbital 1s, en donde alojar el par de electrones.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Considera las reacciones como ácido-base (neutralización) cuando forman enlaces entre las dos sustancia. El amoniaco (NH3) es una base de Lewis típica y el trifluoruro de boro (BF 3) un ácido de Lewis típico. La reacción de un ácido con una base de Lewis da como resultado un compuesto de adición.

Propiedades de los ácidos y las bases Los ácidos fuertes tienden a ser excelentes donadores de protones, mientras que las bases fuertes poseen gran tendencia a aceptarlos (Bronsted-Lowry). El poder de una sustancia se determina según su tendencia a donar o a aceptar dichos protones. Un ácido fuerte y una base fuerte son las sustancias que se disocian por completo y donde al final de la reacción sólo se hallan los productos de los mismos. Los ácidos y bases débiles también se disocian, pero no con la misma intensidad, se disocian en forma parcial.

Para determinar el grado de disociación se emplea una expresión llamada porcentaje de disociación. El porcentaje de disociacion se expresa como el total de moleculas disociadas, con respecto a la concentración inicial del ácido o de la base. Se halla mediante la siguiente expresion: % Disociacion =

Concentracion [H3O+] x 100 Concentración molar de ácido o base

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Ejemplo: Un ácido débil con una concentracion molar de 0.200 M, presenta 1.0 x 103 moles de [H3O +]. Encontrar su porcentaje de disociación: % disociacion =

1.0 x 103 M 0.20 M

x 100 = 1.5%

Esto quiere decir que bajo estas condiciones (concentracion 0.20 molar), el ácido esta disociado en un 1.5 %. Cuando una disociación alcanza un equilibrio entre la velocidad de la reacción directa y la velocidad de la reacción inversa, puede determinarse un valor denominado constante de disociación (kd). Esto quiere decir que un electrolito fuerte no generará un equilibrio, porque su disociación es total. Las constantes de disociación se aplican a electrolitos débiles o compuestos que se disocian parcialmente, en el que se encontrarán presentes en moles por litro, el compuesto disociado con el no disociado. En una reacción reversible generalizada, del tipo: aA

+

bB

cC

+

dD

Donde a, b, c y d son los coeficientes estequiométricos de las especies reactivas A, B, C y D. La ecuación para una temperatura dada será: Kd = [C]c [D]d [A]a [B]b Ejemplo: El amoniaco disuelto en agua se comporta como una base debil mediante la siguiente reacción: Identifica su constante de disociación, si sabemos que en una solución acuosa que 0.4 moles/litro de este compuesto, a 25º C durante esta reacción, liberan 3.6 x 10-3 moles /litro de (NH4+) y 2.04 x 10-3 moles /litro de (OH -). (En el agua la concentración siempre es de 1 mol/ litro, ya que el soluto y el solvente son la misma molécula). NH3 (aq)

+

NH4 + (aq)

H2O (l)

+

OH - (aq)

Kd = [NH4 +] [OH -] [NH3] [H2O]

El grado de ionizacion del amoniaco es: Kd = (3.6 x 10-3 moles /litro) (2.04 x 10-3 moles /litro) = 1.84 x 10-5 moles/litro (0.4 moles/litro) (1 mol/litro)

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 1. Disociación del agua Como bien es sabido, el agua es un componente único. Una de sus propiedades especiales es su capacidad para actuar como un ácido y una base. El agua se comporta como un ácido frente a las bases y como una base frente a los àcidos. El agua es un electrolito muy débil que se disocia de manera espontánea en un ión hidrónio (H3O+) y un ión oxhidrilo (OH-), produciéndose un fenómeno conocido como autoprotólisis. 2H2O(l)

H3O+ (ac)

+

OH –(ac)

El agua es una sustancia neutra gracias a que las concentraciones de iones hidronio e hidroxilo son iguales. Los experimentos han demostrado que a 25 ºC, dichas concentraciones tienen un valor de 1 x 10 -7 en cada caso. Su constante de disociaciòn se determina como sigue: Kd = [H3O +] [OH -] [H2O]2 Kd = (1.0 x 10-7 moles/litro) (1.0 x 10-7 moles /litro) = 1 x 10-14 moles/litro (1.0 moles/litro)2 Como la concentración del agua es constante, al multiplicar este valor constante por la constante de equilibrio (Ke), se obtiene otra constante, la Kw, que recibe el nombre de producto iónico del agua. Kw = [concentración constante del agua] x Kd Kw = (1.0 mol/litro) (1 x 10-14 moles/litro) = 1 x 10-14 moles/litro 3. Soluciones neutras, ácidas y básicas Cuando la concentración de protones y de oxhidrilos es la misma, la solución es neutra. Cuando se añade un ácido al agua pura (neutra) aumenta concentración de protones, y ello da lugar a soluciones ácidas. Cuando se añade una base al agua pura (neutra) aumenta la concentración de oxhidrilos y ello da origen a soluciones básicas. Una solución ácida es aquélla que tiene una concentración de protones (H+) menor que 1 x 10-7. Una básica tiene una concentración de iones oxhidrilo (0H) mayor que 1 x 10-7. La suma del pH y el pOH de una misma solución dará siempre el valor 1 x 10-14. 4. pH y pOH Para evitar el uso de la notación científica (exponencial) en la expresión de las concentraciones, en 1909 el químico Sorensen postuló la escala de pH, la cual

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II se define como el logaritmo negativo en base 10 de la concentración molar de iones hidrogeno. pH = -log (1 x 10-7 de iónes hidrógeno) = 7 La escala de pH permite conocer el grado de acidez o de basicidad de una sustancia. De manera análoga se puede considerar la escala de pOH, que es el logaritmo negativo en base 10 de la concentración molar de iones hidroxilos. Si relacionamos lo expuesto con estas nuevas escalas, será neutra una solución de pH = 7 ó pOH = 7, será ácida la de pH < 7 ó pOH > 7 y básica la de pH > 7 ó pOH < 7.

Los químicos usan el pH para indicar de forma precisa la acidez o basicidad de una sustancia. Normalmente oscila entre los valores de 0 (lo más ácido) y 14 (lo más básico). En la tabla siguiente aparece el valor del pH para algunas sustancias comunes. Sustancia Jugo gástrico Jugo de limón Vinagre Refresco Vino Jugo de naranja Tomate Cerveza Lluvia ácida Leche de vaca Orina humana

pH 2.0 2.0 3.0 3.0 3.5 4.0 4.2 5.0 5.6 6.0 6.0

Sustancia Saliva en reposo Saliva al comer Huevos frescos Agua de mar Sangre Solución saturada de NaCO3 Agua jabonosa Pasta de dientes Leche de magnesia Agua de cal Amoniaco casero

pH 6.6 7.2 7.8 8.0 8.0 8.4 9.0 9.9 10.0 11.0 11.5

5. Cálculo del pH Para calcular teóricamente el pH de una solución acuosa, es importante señalar si dicha solución tiene iónes (H+) ó iónes (OH-).

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Si se trata de una solución ácida, se utilizará la fórmula de pH = - log [H+], y si se trata de una solución básica se utilizará la fórmula de pOH = - log [OH -]. Ejemplo 1: La concentración de iónes (H+) en una botella de un vino de mesa, fue de 3.2 x 10-4 moles/litro inmediatamente después de haberla destapado. Se encontró que la otra mitad, después de haber permanecido expuesta al aire durante un mes, tuvo una concentración de iónes hidrógeno igual a 1.0 x 10-3 moles/litro. Calcular el pH del vino en estas dos circunstancias. Procedimiento.pH = - log (3.2 x 10-4 moles/litro) = 3.49 pH = - log (1.0 x 10-3 moles/litro) = 3.00 Ejemplo 2: En una solución de sosa (NaOH), se encuentran disociados 2.9 x 10-4 moles/litro de iónes OH-. Calcule su pH. Procedimiento.pOH = - log (2.9 x 10-4 moles/litro) = 3.54 Si sabemos que pH + pOH 0 14.00, entonces: pH = 14.00 – 3.54 = 10.4 III.4 SEPARACIÓN DE MEZCLAS Como ya se mencionó, las mezclas pueden fraccionarse o separarse en sus distintos componentes por métodos fisicos. Cuando los buscadores de oro lavan sobre el cedazo las arenas auríferas, procuran, mediante un procedimiento físico, separar el barro y los granos de arena de las pepitas del precioso metal. En las salinas, por efecto de la intensa evaporación, el agua del mar se separa en dos componentes: agua propiamente dicha, que en forma de vapor se incorpora al aire, y un conjunto de sales minerales que se acumulan en el fondo hasta que se completa la desecación. Hay varios métodos para separar los componentes de una mezcla: 1. Electrólisis Electrólisis procede de dos radicales, electro que hace referencia a electricidad y lisis que quiere decir rotura. Es un método que se aplica para separarde separ los elementos que forman un compuesto aplicando electricidad.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II El proceso electrolítico consiste en lo siguiente. Se disuelve una sustancia en un determinado disolvente, con el fin de que los iones que la constituyen estén presentes en la disolución. Posteriormente se aplica una corriente eléctrica a un par de electrodos conductores que se colocan en la disolución. El electrodo cargado negativamente se conoce como cátodo, y el cargado positivamente como ánodo. Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta. Así, los iones positivos (cationes), serán atraídos al cátodo; mientras que los iones negativos (aniones), se desplazarán hacia el ánodo. La energía necesaria para separar a los iones e incrementar su concentración en los electrodos, proviene de la fuente de poder que mantiene la diferencia de potencial en los electrodos. En los electrodos se forman las concentraciones de los elementos o compuestos deseados. Por ejemplo, en la electrólisis del agua, se deposita hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo. Esto fue descubierto en 1820 por el físico y químico inglés Michael Faraday. 2. Gravimetría Se usa para separar dispersiones formadas por sólidos y líquidos, o bien de líquidos no miscibles, como el agua y el aceite. Consiste en dejar reposar el sistema que contiene partículas en suspensión. Luego se transvasa con cuidado el líquido (menos denso) a otro recipiente. Puede utilizarse una varilla con el fin de retenerse alguna partícula sólida que trate de pasar. Para esta técnica se utiliza con frecuencia el embudo de separación o de decantación. Se coloca en el embudo la mezcla y cuando se hallan diferenciadas las dos partes, se abre una llave y se separan los líquidos. La capa superior pertenece al líquido menos denso y queda dentro del embudo. 3. Cristalización Este método se usa para la separación de sólidos y purificación de sólidos impuros. Se basa en la diferencia de los puntos de solidificación (cristalización) de los componentes de la mezcla. El soluble se disuelve en un solvente adecuado hasta saturación, en cliente; luego se deja enfriar la solución lentamente hasta que uno de sus componentes alcance el punto de

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II solidificación y se cristalice. Se separan los cristales por filtración, se lavan y se dejan secar. Si las impurezas persisten, se recurre a una recristalización 5. Tamizado Es un procedimiento mecánico empleado para separar mezclas de sólidos, cuyas partículas tienen distinto tamaño. Para ello se utiliza un tamiz. Los tamices se clasifican por el número de mayas que lleve el cedazo por centímetro cuadrado. Al agitar el tamiz las partículas van atravesando, según su tamaño, los orificios del cedazo. Este método se utiliza para análisis de la textura del suelo para separar grava de arena, arena fina de la gruesa, etc. 4. Filtración El procedimiento de filtración consiste en retener partículas sólidas por medio de una barrera, la cual puede consistir de mallas, fibras, material poroso o relleno sólido. Se usa para separas sólidos no solubles en líquidos, donde los medios porosos retienen las partículas sólidas y dejan pasar el líquido. Según la mezcla que se valla a filtrar, algunos son: Papel de filtro, fieltro, porcelana porosa, algodón, lana de vidrio, arena y carbón. 5. Destilación Las soluciones o mezclas de líquidos miscibles pueden separarse por cambios de estado (congelación, evaporación y condensación). Para este tipo de separaciones, se emplea con frecuencia la destilación. También se usa para purificar las sustancias líquidas. El agua por ejemplo, se destila con el fin de eliminar las sales contenidas en ella. La destilación se basa en la diferencia de los puntos de ebullición de sus componentes. Se calienta la solución y se concentran los vapores, la sustancia que tiene menor punto de ebullición (la más volátil) se convierte en vapor antes que la otra, ésta primera sustancia se hace pasar al condensador ó refrigerante, para llevar de nuevo esta sustancia al estado líquido.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 6. Centrifugación Es un método que utiliza la propiedad de sedimentación de las partículas, basándose en la masa de las moléculas que conforman los componentes. Se trata de hacer girar un tubo donde está contenido el sisterma a gran velocidad, de forma que se produzca la acumulación en el fondo del mismo de las partículas que tienen una densidad mayor que la del medio en que se encuentran dispersas. Así, después de la centrifugación la muestra se habrá separado en dos fracciones: el sobrenadante y la fracción homogénea (que no ha sedimentado). El sedimento se queda adherido al fondo del tubo. La fuerza centrífuga es aplicada a cada partícula de la muestra. Serán sedimentadas en un índice que es proporcional a la fuerza centrífuga aplicada. 7. Magnetismo Se vale de las propiedades magnéticas presentes en algunos materiales denominados ferromagnéticos, como el fierro (Fe), el cobalto (Co) y el níquel (Ni). Se emplea para separar mezclas en donde uno de los componentes es atraído por el magnetismo de un imán, por ejemplo para separar el hierro del mineral llamado magnetita (Fe3O4) o la mezcla de hierro y azufre. 8. Cromatografía Se basa en la diferente absorción y adsorción que algunos materiales ejercen sobre los componentes de una solución. Se usa para la caracterización de mezclas complejas, lo cual tiene aplicación en todas las ramas de la ciencia. Es un conjunto de técnicas basadas en el principio de retención selectiva, cuyo objetivo es separar los distintos componentes de una mezcla, permitiendo identificar y determinar las cantidades de dichos componentes. Las técnicas cromatográficas son muy variadas,

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II pero en todas ellas existe una fase móvil que consistente en un fluido (gas ó líquido) que arrastra a la muestra a través de una fase estacionaria formada de un sólido ó un líquido fijado en un sólido. Los componentes de la mezcla interaccionan en distinta forma con la fase estacionaria. De este modo, los componentes atraviesan la fase estacionaria a distintas velocidades y se van separando. ACTIVIDAD DE APLICACIÓN Contesta las siguientes preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor. 1. Clasifica cualitativamente los siguientes tipos de soluciones como no saturada, saturada o sobresaturada: Solución Jarabe para la tos Agua de limón Miel de abeja Jugo de tomate Vinagreta

Clasificación cualitativa

2. ¿Cuál es la concentración porcentual en masa-masa, de una solución ácida de 100 gramos, que tiene disueltos 2 gramos de ácido ascórbico? 3. ¿Cuál es la concentración porcentual en volumen-volumen, de una solución azucarada de 750 mililitros, que tiene disueltos 65 mililitros de jarabe de granadina? 4. ¿Cuál es la concentración porcentual en masa-volumen de 5 litros de rompope, que tienen disueltos 300 gramos de azúcar? 5. ¿Cuántos mililitros de una solución ácida con HCl 12.0 M, habrá que emplear para obtener una solución con una concentración de 0.480 M de HCl? 6. Describe como preparar 800 mililitros de una solución acuosa con cloruro de potasio 5.0 M: 7. Llena el espacio vacío con la consigna correspondiente: a. __________________________ Considera como ácido a una molécula o un ión que tienen su octeto de electrones incompleto y la base debe tener algún par de electrones solitarios para formar un enlace covalente. b. ___________________________ Es el pH de sustancias como vinagre, jugo de limón, refresco, etc.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II c. ___________________________ El químico Sorensen la postuló. La define como el logaritmo negativo en base 10 de la concentración molar de iones hidrogeno. d. ___________________________ Solutos que cuando se disuelven en agua, forman una disolución que conduce la corriente eléctrica. f. ____________________________ Son algunos ejemplos de bases débiles. g. ____________________________ Según esta teoría, una sustancia ácida se disocia produciendo iones H+ es un ácido. h. ___________________________ Solutos que no conducen la corriente eléctrica cuando estan disueltos en agua. i. ____________________________ Es el pH del agua jabonosa, la pasta de dientes y la leche de magnesia. j. ____________________________ Esta teoría considera como un ácido a una sustancia donadora de protones y una base a una sustancia aceptora de protones. i. _____________________________ Se usa para determinar el grado de disociación de ácidos y bases débiles en solución. j. _____________________________ Son algunos ejemplos de ácidos fuertes. k. _____________________________ Valor que se obtiene cuando la disociación alcanza un equilibrio en la reacciòn. l. ______________________________ Solución que tiene la misma concentración de protones y de oxhidrilos. 8. Calcula el pH del ácido nítrico, mismo que al disolverse en agua genera una concentración de iónes H+ de 0.1 moles/litro. 9. Calcula el pH del una solución con jugo de limón, mismo que al disolverse en agua a 25ºC, genera una concentración de iónes H+ de 3.2 x 10-4 moles/litro. 10. Calcula el pH de la sosa cáustica, misma que al disolverse en agua a 25ºC, genera una concentración de iónes OH- de 0.02 moles/litro. 11. Llena la información solicitada en los siguientes cuadros: Descripción

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Nombre del método

Descripción

Nombre del método

Descripción

Nombre del método

Descripción

Nombre del método

Descripción

Nombre del método

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Descripción


Nombre del método

Nombre del método

Nombre del método

Descripción

Descripción

Descripción

ACTIVIDAD DE INTEGRACIÒN Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor: “Los Sistemas Materiales en el Super”: Visita el Centro Comercial de Autoservicio de tu preferencia, e identifica por departamento productos que cumplan con las caracteristicas de los diferentes sistemas materiales que has analizado y coloca el nombre (no la marca) de cada producto en el cuadro correspondiente. Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II ACTIVIDADES DE APOYO O RETROALIMENTACIÓN EXPERIMENTO 1: IDENTIFICACIÓN DE UNA SOLUCIÓN, UNA SUSPENSIÓN Y UN COLOIDE Puedes solicitar el apoyo de tu asesor. Realiza tus anotaciones y conclusiones en un cuaderno. En una solución verdadera, las partículas de soluto constan de moléculas o iones individuales, imposibles de distinguir. Las suspensiones son aquellos compuestos en los cuales las partículas contienen más de una molécula y los agregados son suficientemente grandes para observarse a simple vista o con el microscopio. Entre estos dos extremos se encuentran las dispersiones coloidales, en las cuales las partículas pueden tener más de una molécula pero no son suficientemente grandes para observarlas en un microscopio. Es imposible establecer un límite bien diferenciado entre las distintas dispersiones coloidales, las soluciones verdaderas y las suspensiones. Un sistema de dispersión es aquel en el cual la fase dispersa consiste de granos o gotas de un componente en el seno de la fase dispersora. Tanto la fase dispersa como el medio de dispersión pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos. Como los gases son totalmente miscibles, no se tienen dispersiones coloidales de gas - gas, pero existen otras combinaciones posibles. MATERIALES:            

Agua Lámpara de mano Cucharas pequeñas Cedazo Frascos de vidrio grandes Una penca de nopal mediana Azufre en polvo (Farmacia) Un pliego de cartón negro Recipiente para calentar Filtros para cafetera Alcohol Navaja de precisión

DESARROLLO DEL EXPERIMENTO: 1. Agregar hasta la mitad de tres frascos: Agua, Alcohol y una mezcla con la misma cantidad de Agua-Alcohol. Etiquetar el contenido. Con una cuchara añadir cuidadosamente una pequeña cantidad de azufre en polvo a los frascos etiquetados: Agua y Alcohol. Agitar fuertemente con una cuchara diferente cada frasco. Dejar reposar un minuto y observar. Añadir un poco del líquido del frasco etiquetado con Alcohol al frasco con el letrero de Agua-Alcohol hasta que se observe un cambio. Decir

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II que se observa en cada caso. Trata de identificar si se trata de una solución, una suspensión ó un coloide en cada caso. 2. Colocar un fondo negro. Poner enfrente y por separado cada uno de los frascos del experimento anterior. Con una lámpara de mano hacer incidir luz a través de la solución, de preferencia en un cuarto oscuro. Colocarse frente al frasco de manera que quede a la altura de los ojos. El montaje experimental es el que aparece en la figura. Describir cada caso y argumentar cuál es el coloide. Después de ver con la lámpara, dejar reposar por 15-20 minutos (o más) todos los frascos. 3. Colocar en un cedazo un papel filtro de cafetera. Poner el cedazo sobre un frasco de vidrio etiquetado. Dejar caer con cuidado el contenido del frasco etiquetado como Agua. Revisar el papel de la cafetera. Lavar el cedazo y poner otro papel filtro. Después por separado hacer lo mismo con los otros dos frascos Comparar el contenido de los papeles de cafetera en cada caso. Con cada nuevo frasco repetir el efecto Tyndall. 4. Cortar en cuadritos la penca de nopal sin espinas. Colocar los cuadritos en un recipiente con agua. Calentar el contenido hasta el hervor. Una vez hervido durante 10 minutos, dejar enfriar un poco y colar las partes sólidas. Diluir en agua en una proporción 1 a 1. Pasar por un papel filtro de cafetera. Al filtrado colocarlo en un frasco de vidrio y repetir el efecto Tyndal. Haz observaciones globales y concluye acerca del experimento. Variantes,. Puedes usar en lugar de azufre aceite de cocina, cambiar el agua de nopal por una solución caliente de gelatina, también cambiar el líquido del nopal por una solución diluida de leche. CONCLUSIONES: 1. Llena los espacios vacios del cuadro siguiente y discute estos resultados: Prueba Transparencia (SI ó NO) Pasa el filtro (SI ó NO) Efecto Tyndall (SI ó NO)

Frasco 1 Frasco 2 Frasco 3

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Nopal

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II EXPERIMENTO 2: DETERMINACIÒN DEL CARÀCTER ÁCIDO DE ALGUNAS SUSTANCIAS Puedes solicitar el apoyo de tu asesor. Realiza tus anotaciones y conclusiones en un cuaderno. En solución acuosa ciertas sustancias generan iones hidrogeno (H+) los cuales pueden ser medidos. Para conocer su concentración se usan indicadores de pH, que son sustancias coloridas que cambian su tonalidad según su forma ácida o básica. Al colocar papel absorbente en una solución indicadora de pH se obtiene lo que se llama papel tornasol. El papel tornasol o papel pH es utilizado para medir la concentracion de Iones Hidrogenos contenido en una sustancia o disolucion. Mediante la escala de pH, la cual es clasificada en distintos colores y tipos. En la escala de pH las tonalidades varian entre el rojo y el azul como indica la figura. Como resultado se podra obtener una nocion sobre el nivel de pH que contiene una determinada sustancia o disolucion. Algunos indicadores de pH son de origen natural. Los vegetales producen pigmentos que pueden ser indicadores de pH, que en presencia de ácidos o de bases son bastante llamativos y exactos para indicar el potencial de hidrógeno ó carácter ácido de una sustancia. MATERIALES:             

Col morada Un frasco grande con tapa Cedazo Filtros para cafetera Papel aluminio Navaja de precisión Bolsas de plástico con zip Goteros Vinagre Jugos de limón Tijeras Polvo para hornear Detergente con amonia

DESARROLLO DEL EXPERIMENTO: 1. Preparación de la solución indicadora de pH: Cortar finamente una col morada. Colocar los fragmentos en un recipiente grande. Añadir

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II agua caliente y dejar reposar 5 horas. Colar la solución. Guardar en un frasco con tapa la solución con color y desechar la col. 2. Preparación del papel tornasol: Poner en un recipiente grande 2 o 3 papeles filtro para cafetera y cubrirlos con la solución colorida por 30 minutos. Retirar los papeles mojados y dejarlos secar sobre papel aluminio durante la noche. Cortar los papeles filtro coloridos en tiras de 2 por 5 centímetros y guardarlos en la bolsa con zip. Guardar la solución colorida extraída de la col, tapada y en el refrigerador. 3. Determinación de la acidez de algunas sustancias con el papel tornasol: Etiquetar los frascos pequeños con los nombres de bicarbonato, vinagre, jugo de limón, polvo de hornear y detergente con amonia respectivamente. Colocar en los frascos respectivos una pequeña cantidad de cada una de las sustancias. Añadir a las que son sólidas unas gotas de agua y agitarlas para solubilizarlas. Poner 6 tiras de papel tornasol sobre papel aluminio procurando dejar espacio entre ellas. Colocar en un papel unas gotas de jugo de limón. En otro papel unas gotas de vinagre. En el siguiente papel gotas de la solución de polvo de hornear. En otro papel gotas del detergente con amonia. En el siguiente papel gotas de la solución de bicarbonato. Finalmente comprar a los 5 papeles a los que se les pusieron las sustancias a probar con el que no se le añadió nada. 4. Determinación de la acidez en solución utilizando el indicador: Colocar en un frasco pequeño un poco de la solución de la col. Alinear este frasco con los otros 5 que contienen a las soluciones a determinar su acidez. Añadir a todos los frascos un poco de la solución de la col. Variantes.- Se puede repetir el experimento con otras sustancias como pueden ser: jugo de naranja ó uva, blanqueador, vitamina C, limpiador de estufas, shampoo, detergente, jugos enlatados, saliva, orina, lagrimas y liquido para baterías. CONCLUSIONES: 1.- Al observar los cambios de color tanto en los papeles tornasol como en las soluciones, ordena de acuerdo a lo que se supongas que sea el grado de acidez y saca tus conclusiones: Sustancia

Bicarbonato

Vinagre

Papel tornasol: Color al que cambia Indicador de pH: Color al que cambia

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Jugo de limón

Polvo de hornear

Detergente

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II EXPERIMENTO 3: SEPARACIÒN DE MEZCLAS Puedes solicitar el apoyo de tu asesor. Realiza tus anotaciones y conclusiones en un cuaderno. La materia se encuentra en el planeta siempre en mezclas. Siempre es posible llevar a cabo la separación de mezclas de dos o más constituyentes de diferente composición química, mediante diversos métodos denominados de separación. Los métodos de separación y purificación pueden ser físicos, químicos, fisicoquímicos y biofisicoquímicos. Es necesario conocer el mecanismo de los diversos métodos para poder purificar una sustancia. MATERIALES:  Limadura de hierro (Herrería)  Limadura de plomo (se puede hacer con un trozo de plomo y una navaja)  Un imán  Leche  Leche en polvo  Agua  Frascos de vidrio de diferentes tamaños (5)  Cedazo  Papel filtro para cafetera (2)  Vinagre blanco  Gotero  Color vegetal  Vasos tequileros (6)  Botella para agua de plástico vacía de 300 ml. con dos tapones  Clavo  Encendedor  Navaja de precisión  Azucar  Arena fina  Alcohol  Acetona  Algodón  Repuestos de bolígrafo con tinta roja y negra  Unrecipiente de vidrio  Popotes (2)  Vasos (4)

DESARROLLO DEL EXPERIMENTO: 1. Separación de una mezcla compuesta de sustancias sólidas: Mezclar la limadura de hierro con la limadura de plomo y un poco de arena en un recipiente. Colocar la mezcla en una hoja de papel.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Acercar el imán a la mezcla, se une la limadura de hierro. Quitar la limadura del imán con las manos sobre otra hoja de papel. Repetir la operación hasta que en la mezcla no quede nada de limadura de hierro. Pasar la mezcla de limadura de plomo con arena por un colador y recibir la arena en una hoja de papel. Depositar la limadura de plomo del colador en una hoja de papel. 2. Separación de una mezcla compuesta de sólidos y líquidos: Tomar un poco de leche en polvo y agregar agua. Agitar la mezcla con ayuda de un popote (no se forma una solución sino una suspensión). Colocar por separado en previamente marcados un poco de leche y un poco de la suspensión de leche en polvo. Agregar a los dos vasos con leche unas 3 gotas de color vegetal y agitar, observar en las paredes de los vasos unos polvos del color utilizado (suspensión). Añadir a cada vaso con ayuda de un gotero un poco de vinagre hasta ver que se forman más grumos, se está precipitando la proteína de la leche que se llama caseína (fijarse que los grumos son de diferentes tamaños). Dejar en reposo unos 5 minutos. Colocar el papel filtro para cafetera en el colador. Depositar el colador sobre un frasco. Poner la suspensión de la leche y dejar que salga el líquido y caiga en el frasco (tarda unos 10 minutos). Observar el color del líquido que pasó por el papel y el colador (se llama filtrado). Ver el color y el tamaño de los polvos que quedaron en el papel de cafetera (se les conoce como precipitado). Repetir la operación con otro papel y otro frasco, ahora con la suspensión de la leche en polvo. 3. Separación de una mezcla compuesta de líquidos: Quitar a los repuestos de bolígrafo la punta metálica. Colocar cada tubo de plástico que queda de los repuestos en frascos separados de vidrio. Poner un poco de acetona en los frascos y agitar los repuestos para que se salga la tinta. Repetir varias veces hasta obtener un color muy intenso en la acetona (ver el color de las soluciones de los 2 repuestos). Tomar la botella de plástico y con ayuda de la navaja cortar la parte inferior (la base). Tener 2 tapones para la botella, a uno hacerle un agujero pequeño en el centro con un clavo caliente. Cerrar la botella con el tapón sin perforar y por el otro lado colocar algodón. Colocar la botella sobre un frasco como se indica en la figura. Mezclar en un recipiente de vidrio 1/3 parte de azúcar y 2/3 partes de arena. Poner la mezcla suavemente en la botella y darle golpes suaves para que se acomode (lo que se está haciendo es empacar una columna con el soporte). Añadir alcohol a la columna hasta que se humedezca el soporte y que quede un poco por encima del soporte. Unir las dos mezclas de tinta, si es necesario añadir más acetona. Cambiar el tapón por el que está perforado. Dejar que salga el alcohol pero que no se seque la columna. Depositar con cuidado con un gotero la mezcla de tintas y dejar que entre al soporte. Poner un poco de alcohol para que se lave la tinta y dejar que termine de entrar todo al soporte. Poner alcohol (se llama eluyente) y recolectar lo que sale de la botella por colores en los vasos tequileros. No

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II dejar que la columna se seque. Se obtienen varios colores y uno se queda en la columna, si se quiere sacar se tiene que estar añadiendo alcohol hasta que salga. Nota: Se debe trabajar en equipo para poder hacer todo sin que se caiga el alcohol de la columna y poder obtener los colores por separado.

Variantes.- Para el primer experimento usar limadura de aluminio, azúcar y limadura de hierro. Para el segundo experimento usar leche fresca y sustituir el vinagre por limón y para el tercer experimento empacar la columna sólo con arena y como eluyente usar una mezcla variable de alcohol y acetona, también se puede añadir un poco de agua. CONCLUSIONES: 1.-

Discute los resultados y resume tus conclusiones en el cuadro siguiente:.

Característica de la mezcla

Método de separación

Mezcla de sustancias sólidas Mezcla de sustancia sólida con líquida Mezcla de sustancias lìquidas

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Descripción


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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II BLOQUE IV ACTIVIDAD PREVIA Para poder manejar en forma adecuada la información contenida en el BLOQUE IV es necesario que cuentes con estos conocimientos previos. Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas contu asesor. 1. Reconocer la diferencia entre la materia inanimada y los seres vivos: 2. Establecer la diferencia entre moléculas sencillas y moléculas complejas: 3. Reconocer las características del enlace covalente, así como sus variantes de enlace simple, doble y triple: 4. Ubicar en la tabla periódica y los siguientes elementos químicos, además de sus propiedades: Nombre Carbono

Símbolos

Valencias

Propiedades generales

Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno Azufre Halógenos

LECTURA 5.- VINO Y VINAGRE

La historia del vino se remonta a los escritos del viejo testamento, cuando es mencionado por Noé. En los tiempos de Grecia antigua, era guardado en ánforas o recipientes hechos con pieles de cabra impermeabilizados con aceites, pero no era de buena calidad, porque el aire estaba en contacto con el vino en todo momento, propiciando su contaminación.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Los romanos demostraron mejor cuidado introduciendo otros materiales como la madera y generando vinos añejados hasta de un año. Plantaron viñedos en todos los lugares en los que la uva soportó el clima, como África del norte, algunos paises de Europa, e Inglaterra. Dichos cultivos permanecieron para consumo local, en particular, para la Sagrada Comunión, por lo que su cuidado pasó a ser preocupación de los eclesiásticos. La reaparición del vino como bebida y la de famosas bodegas, resulto invariablemente de los esfuerzos de monjes y monarcas distinguidos por su devoción a la iglesia. Fue hasta el siglo XII que las grandes plantaciones encontraron lugar y grandes mercados. Debido a las dificultades para transportar mercaderías de la época, la mayoría de los viñedos que subsistieron, fueron aquellos que estaban a orillas de ríos importantes. Tal es el caso de los viñedos a orillas del Rhin en Alemania y del Garonne y Loire de la Riviera Francesa. El vino conservado en toneles llegó a alcanzar madurez de hasta pasados tres años, e incluso hubo toneles que llegaron a ser mantenidos hasta veinte años al final del siglo XVIII, momento en que fueron mejorados. El vino es una bebida alcohólica elaborada por fermentación del jugo, fresco o concentrado, de uvas. Su nombre proviene de la variedad de uva 'Vitis vinifera', que es de la que descienden la mayoría de las utilizadas para la elaboración de vinos y de las primeras en ser utilizadas para ello. Para la producción del vino, las uvas recién recogidas son prensadas para que liberen su mosto o jugo, que es rico en azúcares. Luego de esto, las levaduras transportadas por el aire, o la adición de levaduras seleccionadas, provocan la fermentación, resultando como principales productos el alcohol etílico y el dióxido de carbono. Este último, liberado en forma de gas: Azúcares

levaduras

CH3

CH2 OH + CO2 (Alcohol etílico)

La fermentación se interrumpe normalmente cuando todos los azúcares fermentables han sido transformados en alcohol y dióxido de carbono, o cuando la concentración del primero supera la tolerancia de las levaduras. Para ese momento lo que era mosto, se ha transformado en vino. En general los vinos, entre secos y dulces, pueden alcanzar una promedio que oscila entre el 7% y 15% de alcohol por volumen. Un defecto que puede tener el vino, es la acidez, y ésta puede estar causada por una mala vinificación. No puede ser remediada y se detecta por un gusto a vinagre, (que en definitiva es la utilización que se le da a ese tipo de fermentaciones).

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Tradicionalmente el vinagre procedía de los toneles de la producción del vino que se agriaba, o se ponía malo (la expresión enológica es vino picado). Esto ocurría espontáneamente en una bota, o bien cuando se le subía de acidez a un vino embotellado. El fenómeno concreto de la producción del vinagre no fue explicado hasta el año 1864: La palabra vinagre proviene del latín vinum acre ó vino agrio. Es un líquido miscible, que proviene de la fermentación acética del vino (mediante las bacterias Mycoderma aceti), que realizan la reacción química de transformar el alcohol etílico (vino) en ácido acético (vinagre). Vino

acción bacteriana

CH3

CO.OH (ácido acético)

El vinagre contiene típicamente una concentración que va del 3% al 5% de ácido acético, además de pequeñas cantidades de ácido tartárico y ácido cítrico. El vinagre tiene usos distintos que van desde la gastronomía hasta la medicina o la industria. El primer testimonio escrito del empleo del vinagre en la gastronomía viene del romano Apicio, autor del libro de cocina más antiguo que se conoce, el De re coquinaria, en el que aparecen recetas que emplean vinagre. En la gastronomía actual se utiliza principalmente junto con el aceite para aliñar verduras y vegetales en las ensaladas y es una pieza clave en los escabeches, los marinados y los encurtidos. El vinagre tiene algunas propiedades medicinales debido a su acidez, por ejemplo actúa bien contra la hinchazón de la piel provocada por la picadura de algunos insectos, ya que descongestiona notablemente la zona irritada. Así mismo, aplicado en el baño suaviza la piel, calma los músculos doloridos y alivia la irritación de la piel producida por quemaduras. En la industria se emplea como conservador de alimentos, ya que previene los efectos de la putrefacción. También se emplea como artículo de limpieza para la superficie de los cristales y como repelente de mosquitos.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II ACTIVIDAD DE ANÁLISIS De acuerdo con lo expuesto en la lectura anterior, contesta las siguientes preguntas. Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor. 1. ¿Conocías acerca de estos datos de la producción de vino y vinagre? ¿Que opinas? 2. ¿Crees que la gente de la antigüedad conocía a fondo lo que sucedía con el jugo de uva cuando lo guardaban? ¿Por qué? 3. ¿Dónde crees que estriba la diferencia entre los tres tipos de sustancias mencionadas (azúcar, vino y vinagre)? 4. ¿Qué criterio utilizarías parta clasificar dichas sustancias? 5. ¿Consideras que es importante el estudio de la Química para mejorar los procesos de producción de vino y vinagre? ACTIVIDAD DE INDAGACIÓN Contesta las siguientes preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor. 1. ¿Qué es un compuesto orgánico? 2. ¿Qué es la materia orgánica? 3. ¿Cuál es la configuración electrónica del carbono? 4. ¿Cuál es la importancia del carbono comparado con los demás elementos de la Tabla Periódica? 5. Menciona algunas sustancias orgánicas comunes en tu entorno. 6. Señala algunas sustancias orgánicas que tengan que ver con la contaminación del medio ambiente.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II IV. INTRODUCCIÓN

La Química Orgánica es la rama de la química que estudia una clase numerosa de moléculas que contienen como base al carbono (C). Se consideran compuestos orgánicos a aquellos que contienen enlaces covalentes carbonocarbono o carbono-hidrógeno, además de otros elementos (que pueden ser uno o más), siendo los más comunes el oxígeno, nitrógeno, azufre y los halógenos. Por ello, en la actualidad, la química orgánica tiende a denominarse Química del Carbono. La Química Orgánica se constituyó como disciplina en los años treinta. El desarrollo de nuevos métodos de análisis de las sustancias de origen animal y vegetal, permitió el aislamiento de un gran número de sustancias orgánicas que recibieron el nombre de principios inmediatos. Los científicos creyeron que estos compuestos que sustentaban la vida sólo se podían fabricar dentro de los seres vivos, por esta razón se les llamo compuestos orgánicos. Hoy se sabe que a muchos compuestos orgánicos se les puede sintetizar en el laboratorio a partir de sustancias inorgánicas sencillas. La aparición de la química orgánica se asocia a menudo al descubrimiento, en 1828, del químico alemán Friedrich Wöhler, que obtuvo urea (una sustancia orgánica que se encuentra en la orina de muchos animales) a partir de la 152

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II sustancia inorgánica llamada cianato de amonio. El experimento de Wöhler rompió la barrera entre sustancias orgánicas e inorgánicas: Experimento de Wöhler: Síntesis de urea (mismos átomos, distintas fórmulas) NH2 NH4 CNO

C=O NH2

Cianato de amonio (sustancia inorgánica)

Urea (sustancia orgánica)

La Química del carbono es muy diversa y define la vida tal como la conocemos. Así como hay millones de diferentes tipos de organismos vivos en este planeta, hay millones de moléculas orgánicas diferentes, cada una con sus individuales propiedades químicas y físicas. Los compuestos orgánicos son parte de los tejidos vivos y muertos, suelo, alimentos, plásticos, medicamentos, etc. La diversidad de químicos orgánicos tiene su origen en la versatilidad del átomo de carbono. ¿Por qué el carbono es un elemento tan especial?. IV.1 EL ÁTOMO DE CARBONO El átomo de carbono es único en la química porque forma un número de compuestos mayor, que la suma total de todos los otros elementos combinados entre sí. Se estima que se conocen 1.000.000 de compuestos orgánicos, número que crece rápidamente. Estos compuestos están distribuidos ampliamente en la naturaleza ya que se encuentran conformando las moléculas de los seres vivos y no se conoce ningún compuesto relacionado con la vida en el que no estén presentes. En su forma impura, el carbono se encuentra libre en depósitos de hulla, lignito y turba (combustibles fósiles con una riqueza en carbono entre 75 y 90%). En su carácter elemental existe en formas alotrópicas que incluyen sorprendentemente una de las sustancias más blandas (el grafito) y la más dura (el diamante), además del carbón mineral. Otras formas alotrópicas que descubiertas en la actualidad, son los fulerenos (moléculas de 60 unidades en una estructura similar a un balón de fútbol) y los nanotubos, principal producto de la nanotecnología (capas de grafito enrolladas en forma cilíndrica). Pero casi todo se encuentra en forma combinada. 153

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II El carbono presenta unas propiedades químicas muy interesantes, que explican su posición de privilegio: a. El carbono tiene valencia cuatro (uno de los valores más altos posibles en la química), esto quiere decir que tiene cuatro electrones en su capa externa capaces de unirse a otros cuatro átomos por enlaces covalentes. La gran cantidad de compuestos orgánicos se forman gracias a esta característica particular del átomo de carbono. b. El carbono es capaz de unirse a sí mismo para formar largas cadenas, o incluso redes tridimensionales, que se tratan de uniones muy fuertes. Además, a esas cadenas o redes de carbono, pueden unirse átomos distintos. Es así como se forman muchísimos compuestos enormemente complejos, justamente el tipo de complejidad que posibilita la vida. c. La manera en que los átomos de carbono se unen entre sí, marca las diferencias existentes entre sus formas elementales y de las moléculas que conforma. El enorme número de compuestos orgánicos del carbono es consecuencia de las distintas disposiciones espaciales de los átomos de este elemento. Como el número de compuestos del carbono así formados, resulta ser mayor que el número de todas las combinaciones de los restantes, el estudio de éstos mismos constituye un apartado especial: La Química Orgánica. Los compuestos de carbono comparten las siguientes características:  En su mayoría se encuentran integrando a los cuerpos orgánicos.  El promedio de su masa molecular gramo, es de valor mas alto que el de los compuestos inorgánicos.  Tienen bajo punto de fusión (inferior a 400 ºC).  Reaccionan en forma lenta. Una característica general de todos los compuestos orgánicos es que liberan energía cuando se oxidan.  Debido a los enlaces covalentes entre los átomos que los forman, éstos no conducen la corriente eléctrica.  La gran mayoría de los compuestos orgánicos son combustibles.  Los compuestos orgánicos, presentan la propiedad de isomería, de la que se hablará más adelante.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II IV.1.1 CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA E HÍBRIDOS DEL CARBONO Para poder entender el comportamiento del átomo de carbono, tenemos que remitirnos a su configuración electrónica. Su representación gráfica cuando se encuentra en su estado basal, es decir, en su estado más estable es: C 6 : 1s2 2s2 2p2. De modo que un átomo de carbono en su estado de menor energía presenta distribuidos sus cuatro electrones de valencia de la siguiente manera:

Es decir que este átomo tiene en su último nivel, dos electrones en el orbital (2s), un electrón en el orbital (2px), un electrón en el orbital (2py) y el orbital (2pz) se encuentra vacío. Se esperaría entonces, que el carbono formara compuestos donde otros dos átomos le complementaran con electrones los orbitales (2px) y (2py). Sin embargo, es bien conocido que establece cuatro enlaces covalentes, y no dos, como por ejemplo cuando forma la molécula de metano, cuya fórmula química es CH4. Estos enlaces se encuentran dirigidos espacialmente hacia los vértices de un tetraedro, como si el átomo de carbono estuviera en el centro y los átomos de hidrógeno se encontraran en los vértices. En la figura, las líneas en forma de cuña se encuentran fuera del plano; la de color más oscuro se dirige hacia afuera, es decir, que sale de la hoja de papel dirigida hacia quién lo lee y la de color más claro, se encuentra hacia adentro del plano, es decir, que atraviesa hacia atrás la hoja de papel en sentido contrario. La configuración electrónica en el estado basal del carbono no es capáz, por sí misma, de explicar este hecho. Para poder revelar la existencia de los cuatro enlaces del carbono con el hidrógeno en el caso del metano, se utiliza la teoría de enlace- valencia: una teoría mecánico-cuántica utilizada para explicar el enlace químico y sus características. La teoría de enlace-valencia supone que cuando dos átomos aislados se aproximan, con la intención de formar un enlace covalente, se produce un 155

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II solapamiento de los orbitales de los átomos involucrados, dando lugar a nubes electrónicas con una dirección específica en el espacio. Esta teoría propone que dichos orbitales híbridos son los que permiten explicar la geometría que se observa en un átomo cuando establece enlaces y forma un compuesto. Si el solapamiento de los orbitales es grande, la atracción electrostática será la más alta posible, lo que hace que los enlaces covalentes así formados sean muy fuertes. A este tipo de enlaces se les nombra enlaces sigma (σ). Si el solapamiento es menor, el enlace será débil, dando lugar a un enlace denominado pi (π). Se formarán enlaces sigma cuando solapen dos orbitales de tipo (s), uno (s) y otro (p) o dos orbitales (p) siempre y cuando estén orientados en el mismo eje. Cuando se solapen dos orbitales (p) con ejes paralelos el enlace será pi. La hibridación se refiere entonces a la combinación de los orbitales puros que dan lugar a orbitales combinados. Si se suministra suficiente energía al átomo de carbono en su estado basal, sucede que uno de los electrones del orbital (2s) puede ser promocionado hasta alcanzar uno de los orbitales de mayor energía de (2p), como es el caso del (2pz) que se quedó vacío, de la siguiente manera:

Cuando sucede esta promoción, el átomo de carbono posee ahora cuatro electrones desapareados, disponibles para formar cuatro enlaces. Esto explica porque el carbono tiende a formar compuestos tetravelentes y no divalentes, como es el caso de los cuatro enlaces alrededor del átomo de carbono cuando se forma el metano. La evidencia experimental demuestra que todos los enlaces del metano son iguales, y por tanto, tienen el mismo ángulo entre ellos. Lo que sucede es que la combinación del orbital (2s) con los tres (2p), da lugar a cuatro orbitales atómicos híbridos llamados (sp3).

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Los cuatro orbitales (sp3) se distribuyen alrededor del átomo de carbono formando ángulos de 109.5º. Esta distribución espacial explica perfectamente la geometría tetraédrica alrededor del átomo de carbono. Estos orbitales pueden situar mucha más densidad electrónica en una dirección determinada. Por consiguiente los enlaces covalentes que se forman con la participación de orbitales (sp3) del átomo de carbono, serán más fuertes que los enlaces covalentes en donde participan orbitales (s) u orbitales (p) por separado.

Por otra parte, el átomo de carbono tiene la capacidad de formar enlaces múltiples con otros átomos y consigo mismo. El modelo de la formación de orbitales híbridos ayuda también a explicar esta situación. En el caso de la molécula de etileno (C2H4), se sabe que los enlaces de C-H son más cortos con respecto al metano, y que en su estructura molecular, los ángulos de enlace son de aproximadamente 120º. En este compuesto, el átomo de carbono está rodeado de tres átomos, y no de cuatro, lo que da como resultado una geometría trigonal. Para ello se propone otro estilo de combinación: el híbrido (sp2). Éste se forma cuando al ser promocionado el electrón del orbital (2s), la mezcla de orbitales se favorece únicamente con los orbitales (2px) y (2py), sin alterar la forma original del orbital (2pz). De ese modo se explica satisfactoriamente la forma como se enlazan los átomos en la molécula de etileno.

Cada orbital (2sp2) contiene un electrón, al igual que el orbital (2pz) que queda sin mezclar. Los orbitales (sp2) forman enlaces covalentes tipo sigma (σ) a lo largo de la línea imaginaria que une a los núcleos de cada átomo. Sin embargo, el orbital (2pz) que permanece con su forma original, se encontrará perpendicular a dicha línea y dará lugar a un enlace covalente tipo pi (π), cuando se traslape con el orbital (2pz) libre de otro átomo. Este tipo de enlace 157

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II permite los dobles enlaces entre los átomos de carbono, como en el caso del etileno. Con la molécula de acetileno (C2H2), ocurre algo similar, pues la existencia de enlaces múltiples es la única forma de explicar que cada átomo de carbono tenga cuatro electrones de valencia, pero solo esté rodeado de dos átomos. Se conoce experimentalmente que el acetileno presenta una geometría espacial lineal. Para explicar este fenómeno molecular, la teoría de enlace-valencia propone la existencia de un tercer tipo de mezcla: el híbrido sp. Éste se forma cuando al ser promocionado el electrón del orbital (2s), la mezcla de orbitales se establece únicamente con el orbital (2px), sin que sufran ninguna alteración las formas originales de los orbitales (2py) y (2pz). Estos híbridos se encuentran separados entre sí por un ángulo de 180º. Como existen dos orbitales libres (2py) y (2pz), pueden formar enlaces pi entre ellos, favoreciendo los triples enlaces entre carbono y carbono, como es el caso del acetileno

V.1.2 TIPOS DE FÓRMULAS Los compuestos orgánicos igual que los inorgánicos, se representan mediante fórmulas químicas. Las representaciones moleculares orgánicas, son de tres tipos (sus enlaces se señalan por medio de guiones): a. Fórmulas empíricas ó condensadas Nos indican que átomos forman el compuesto y en que proporción se encuentran, pero no nos ofrece información acerca de cómo los átomos se encuentran unidos en dicha sustancia ni de su disposición espacial. No son útiles en la Química Orgánica.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Ejemplos.b. Fórmulas semidesarrolladas Como su nombre lo indica, son solo en parte desarrolladas. Este tipo de fórmula nos da información acerca de la conectividad de los átomos que conforman la molécula, es decir, de cómo se unen entre sí los átomos por grupos, señalando el tipo de enlace entre C-C, con sus subíndices correspondientes para indicar su proporción. Esta es la representación más común en el manejo de moléculas orgánicas. Ejemplos.-

c. Fórmulas desarrolladas Indican en un solo plano la estructura de la molécula. Nos informa acerca de la constitución de la molécula el modo de conección de todos los átomos ahí presentes. Cada enlace se representa con un guión. Ejemplos.-

Aunque se puede representar así a toda la molécula, los enlaces con guiones rectos (a 90º uno del otro) no es del todo correcta, pues sabemos que los enlaces de los carbonos con híbridos (sp3) se orientan en el espacio a 109.5º hacia las esquinas de un tetraedro. De este modo se está perdiéndo información acerca de la configuración espacial de la molécula. Para evitar este problema, se puede expandir aún más la representación molécular, dibujando los átomos de carbono en zigzag, de tal modo que se pueda simular el ángulo de enlace. En El ejemplo se destacan los enlaces C – C. Ejemplos.-

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Si bien este tipo de fórmulas nos brindan mucha información, a medida que se van haciendo más complejas, escribir fórmulas desarrolladas se vuelve complicado. Para facilitar la escritura de fórmulas desarrolladas se utiliza la denominada fórmula geométrica. En dicha fórmula se trata de economizar al máximo, por lo que no se escriben los átomos sino únicamente la estructura del enlace, a menos que dichos átomos sean importantes para identificar a cierto grupo funcional. Cada vértice de la cadena implica la presencia de un carbono tetravalente con su unión respectiva a otros átomos de carbono. Las uniones a los átomos de hidrogeno, se dan por sentado. Ejemplos.-

V.1.3 ISOMERÍA Este fenómeno consiste en que puede haber dos o más sustancias orgánicas cuyas moléculas estén formadas por el mismo número de átomos, pero que representan compuestos distintos, es decir, que difieren en el tipo de conectividad entre sus átomos. Esto es, que bajo una misma fórmula condensada, se pueden explicar dos ó más fórmulas estructurales, ya sea semidesarrolladas o desarrolladas, cada una con sus características físicas y químicas

particulares. Existen diferentes tipos de isomería, según sean las características de la molécula de cada compuesto: a. Isomería de cadena Indica distinta estructuración de una misma fórmula condensada con enlaces simples: Ejemplo.-

b. Isomería de lugar Se presenta cuando hay dobles o triples enlaces en las moléculas y según sean sus posiciones, indican un a compuesto distinto. 160

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Ejemplo.-

c. Isomería geométrica Se presenta cuando hay doble enlace y a la posición espacial de los átomos o radicales unidos a los carbonos que lo sostienen, se denominan posiciones cis o trans. Se debe a que la presencia del doble enlace, dificulta el giro de la molécula.

Ejemplo.-

d. Isomeria funcional Se presenta cuando a partir de una misma fórmula condensada, se pueden estructurar diferentes compuestos que pertenecen a diferentes funciones ó radicales químicos. Ejemplos.-

V.1.4 TIPOS DE CADENAS El hecho de que el carbono tenga afinidad de enlace con otros átomos de su misma especie, le permite estructurar cadenas o armazones, que son donde se insertan (enlazan) los átomos complementarios que conforman las moléculas orgánicas. Estas cadenas pueden tener distinta extensión, presentar dobles o triples enlaces, estar ramificadas o en forma de círculo, e incluso captar como parte de ellas mismas a

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II otras especies distintas al carbono, como N, O, S, P, etc. Cada cadena presenta en conjunto cinco características: a. Acíclicas: Presenta dos extremos, ya que los carbonos de su cadena principal no se cierran para formar anillos. b. Cíclicas: Los carbonos de su cadena principal, se cierran y forman un anillo. Ejemplos.-

c. Normal: Es una cadena que no presenta sustituciones en ninguno de los carbonos que la conforman. d. Arborescente: Es aquélla en donde en uno, o mas de los carbonos que la conforman, se encuentran presentes ramificaciones.

Ejemplos.-

e. Saturada: Es aquélla donde todas ligaduras entre los carbonos que forman la cadena, son sencillas. f. Insaturada: Son cadenas que presentan puntos de instauración, pues dos ó mas de sus carbonos tienen dobles o triples enlaces.

Ejemplos.-

g. Homogénea: Es aquélla cadena formada solamente por carbono e hidrógeno. h. Heterogénea: Es aquélla cadena que además de carbono e hidrógeno, puede contener otro elemento. Ejemplos.-

i. Alifáticas: Son compuestos lineales ó cíclicos que pueden presentar doble ligadura. Cuando son cíclicos, no presentan pares conjugados. j. Aromáticas: Son compuestos cíclicos hexagonales con dobles enlaces conjugados.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Ejemplos.-

ACTIVIDAD DE APLICACIÓN Contesta las siguientes preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor: 1. ¿Qué estudia la Química Orgánica? 2. ¿En qué consistió el experimento de Friedrich Wöhler, por qué fue importante para la Química Orgánica? 3. ¿De qué formas se puede encontrar el carbono en la naturaleza? 4. Menciona tres propiedades del carbono que le permiten tener una posición privilegiada: a. b. c. 5. Menciona algunas de las características que comparten los compuestos orgánicos: 6. En qué consiste la teoría mecanico-cuántica del enlace-valencia utilizada para explicar el enlace químico y sus características. 7. ¿Qué son los orbitales híbridos? ¿Cómo se forman y cuantos tipos podemos encontrar en la moléculas con carbono? 8. Dibuja la geometría espacial de la moléculas de metano, etileno y acetileno: 9. Desarrolla dos ejemplos de fórmulas con sus tres tipos de representación molecular: 10. ¿En que consiste el fenómeno de isomería y cuantos tipos hay? Desarrolla dos ejemplos: 11. Clasifica las siguientes cadenas, asignando a cada una de ellas las cinco características correspondientes de acuerdo a la siguiente clave: a. Cíclica b. Acíclica c. Normal d. Arborescente e. Saturada f. Insaturada g. Homogénea h. Heterogénea i. Alifática j. Aromática

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II IV.1.4 CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS A continuación vamos a ver las distintas familias de compuestos orgánicos que se conocen. Para nombrar a estos compuestos, se utilizará la nomenclatura sistemática a partir de la reglas de un sistema conocido como IUPAC, por ser muy sencillo y que permite nombrar cualquier compuesto orgánico a partir de su fórmula desarrollada, o viceversa. Existe además la nomenclatura vulgar ó trivial, que era el nombre por el que se conocían inicialmente muchas moléculas orgánicas (como p.e. ácido acético, formaldehído, estireno, colesterol, etc) y que hoy día es aceptada. En aquellos casos en los que se conozca el nombre vulgar, se incluirá al lado del nombre sistemático. El nombre sistemático está formado por un prefijo, que indica el número de átomos de carbono que contiene la molécula, y un sufijo, que indica la clase de compuesto orgánico de que se trata. Algunos de los prefijos más utilizados son: Nº at. C 1 2 3 4 5

Prefijo metetpropbutpent-

Nº at. C 6 7 8 9 10

Prefijo hexheptoctnondec-

IV.1.4.1 HIDROCARBUROS Los hidrocarburos son sustancias muy abundantes en la naturaleza y son extraídos directamente de formaciones geológicas. Los que se obtienen en estado líquido, se conocen comúnmente con el nombre de petróleo, mientras que los que se encuentran en estado gaseoso se les conoce como gas natural. Los hidrocarburos constituyen una actividad económica de primera importancia, pues forman parte de los principales combustibles fósiles, así como de todo tipo de plásticos, ceras y lubricantes. Los de 1 a 4 carbonos son gases a temperatura ambiente y presión normal, los de 5 hasta 16-18 carbonos son líquidos, mientras que a partir de los 16-19 carbonos son sólidos, similares a la cera. Son insolubles en agua y poco densos, por eso tienden a flotar. Son los compuestos orgánicos más simples, porque únicamente están formados por átomos de carbono e hidrógeno. Constituyen la base molecular de toda la materia orgánica. Se clasifican en los siguientes grupos:

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 1. Alcanos A los alcanos se les conocen también como parafinas (del latín parum affinis = poca afinidad), precisamente por su poca reactividad. Sin embargo, experimentan combustión en presencia del oxígeno y se usan como combustilbles. Sirven como materia prima para elaborar productos de uso común como el nylon, para la extracción de aceites vegetales como el de soya y algodón ó para fabricar espesantes en la industria de los cosméticos y artículos de limpieza. Los alcanos responden a la fórmula general CnH2n+ 2, donde n es el número de átomos de carbono. Forman moléculas acíclicas saturadas que pueden ser normales ó arborescentes. Se nombran utilizando el prefijo numerico correspondiente, seguido del sufijo -ano. Por ejemplo: Nombre

Fórmula molecular condensada CnH2n+

Fórmula semidesarrollada

Fórmula geométrica

2

Metano

CH4

CH4

Etano

C2H6

CH3 CH3

Propano

C3H8

Butano

C4H10

CH3

(CH2)2

CH3

Pentano

C5H12

CH3

(CH2)3

CH3

Hexano

C6H14

CH3

(CH2)4

CH3

Heptano

C7H16

CH3

(CH2)5

CH3

CH3

CH2

H CH3

Cuando los alcanos forman compuestos de moléculas cíclicas, se denominan cicloalcanos. Se constituyen cuando en un alcano normal los carbonos de los extremos pierden un átomo de hidrógeno cada uno, entonces los electrones de valencia cierran la cadena. Se nombran de la misma manera pero anteponiendo el prefijo ciclo. Su fórmula geométrica se representa con el polígono correspondiente con la forma del anillo, en donde cada vértice implica la presencia de un CH2. Ejemplo.-

También los alcanos suelen aparecer en una gran variedad de compuestos como ramificaciones ó sustituyentes de una cadena principal. A las porciones moleculares que se enlazan de esta manera, se les denomina grupos alquilo.

166

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Los grupos alquilo provienen de cadenas de alcanos que pierden un hidrógeno y por esta razón se convierten en un radical. Se nombran igual que los alcanos, pero cambiando la terminación o sufijo por il ó ilo. Ejemplo.-

Se representan también en forma geométrica, en donde cada vértice implica la presencia de un carbono, pero además un guión que indica el enlace con R, que corresponde a la cadena principal. A continuación se exponen los nombres y fórmulas de algunos radicales alquilo que se pueden presentar en moléculas desde uno hasta cinco carbonos. Fórmula semidesarrollada CH3 CH3

CH2

CH3

CH2

CH3

CH

CH2

CH

CH2 CH3 CH2

Representación R

Nombre Metil ó metilo

R CH2

R

CH3

CH2

CH3

CH

CH2

CH3

CH

CH3

Etil ó etilo Propil ó propilo

R

Isopropil ó isopropilo

R

Ciclopropil ciclopropilo

CH2

R

CH3

Butil ó butilo Secbutil ó secbutilo

R

Isobutil ó isobutilo R

CH2 CH3 CH3

C

CH2

CH

CH2

CH2

CH3 CH2

Terbutil ó terbutilo R

CH3

Ciclobutil ó ciclobutilo

R

CH2

CH2 CH2

Pentil ó pentilo R

CH3

CH

CH2

CH3

CH

CH3

CH2

CH2

CH2

CH3

R

Secpentil ó secpentilo Isopentil ó isopentilo

R

167

ó

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II CH3 CH3

C

Terpentil ó terpentilo CH2

CH3 R

CH3 CH3

C

Neopentil ó neopentilo R

CH3

CH3 CH2

CH2

CH2

CH2

CH

Ciclopentil ciclopentilo

ó

R

Para nombrar alcanos arborescentes hay que seguir los siguientes pasos: Paso 1.- Buscar la cadena hidrocarbonada más larga. Esta será la cadena principal y la que le dará nombre al compuesto. Si hay más de una cadena con la misma longitud se elige como principal aquella que tiene mayor número de cadenas sustituyentes. La cadena más larga no siempre se presentará en línea recta. Paso 2.- Se numeran los átomos de carbono de la cadena principal comenzando por el extremo más próximo a una ramificación, de tal forma que los carbonos con ramificaciones tengan el número más pequeño posible. Paso 3.- Se nombran las ramificaciones por orden alfabético precedidas por el número del átomo de carbono al que están unidas. Cuando hay ramificaciones en un cicloalcano, se especifican las posiciones de las ramificaciones en el sentido que dé el número más bajo posible y después se nombran en orden alfabético. En el caso de que haya una sola ramificación no es necesario indicar su posición. Paso 4.- Si hay dos o más cadenas iguales se utilizan los prefijos di, tri-, tetra. Paso 5.- Nombrar al hidrocarburo con una sola palabra separando con guiones los números de las ramificaciones, y a la vez éstas separados por comas. Por último mencionar el nombre de la cadena principal.

168

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Ejemplos:

2. 3. 2. Alquenos Los alquenos abundan en la naturaleza. Muchos cumplen con diversas funciones biológicas, como es el caso del etileno que actúa como hormona vegetal e induce a la maduración de los frutos y a la caída de las hojas, ó como el pigmento color naranja que da color a diversas flores y vegetales denominado β caroteno, que además es un precursor de la vitamina A. Los alquenos también son responsables de la escencia de los limones, geranios y pinos. El caucho natural es otro ejemplo de alqueno. Los alquenos son más reactivos químicamente que los compuestos saturados y participan en varias reacciones de gran importancia para el hombre: Por ejemplo el etileno y el propileno, son dos alquenos de gran valor industrial por la gran cantidad de compuestos que derivan de ellos. Se usan para producir anticongelantes y disolventes y además para generar polimeros como 169

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II plásticos y fibras sintéticas que son útiles en la fabricación de artículos de uso común (cuerdas, redes, cubiertas antiadherentes, válvulas, tuberías, etc.). Al etileno se le considera como la más importante materia prima para la producción de compuestos alifáticos, se emplea como anestésico en cirugías y en gran escala para acelerar la maduración de tubérculos y frutos en los almacenes. Los alquenos u olefinas, nombre que adquieren por las propiedades que muestran cuando reaccionan con halógenos y dan lugar a compuestos viscosos e insolubles en agua (óleos), son hidrocarburos alifáticos, conformados por moléculas acíclicas insaturadas que pueden ser normales ó arborescentes. La hibridación que presentan los carbonos con doble enlace es (sp2), ya que presentan al menos dos carbonos unidos por un enlace covalente (π). Aquéllos que solo tienen un doble enlace responden a la fórmula general CnH2n, donde n es el número de átomos de carbono. Los que contienen más de un doble enlace, reciben el nombre de polialquenos. Responden a la fórmula general CnH2n–2, ó 4, etc. Están relacionados con los hidrocarburos complejos del caucho o hule natural y son importantes en la fabricación de caucho y plásticos sintéticos. Se nombran con las mismas reglas que se aplican en los alcanos. Sin embargo, debe seleccionarse la cadena continua más larga que tenga implícito a los enlaces múltiples, señalando su posición con el número más pequeño de los dos carbonos en donde se encuentren, seguidos del sufijo eno. Por ejemplo: Nombre

Fórmula molecular condensada CnH2n ó -

Fórmula semidesarrollada

2, etc.

Propeno

C3H6

CH3

CH = CH2

1 - Buteno

C4H8

CH2 = CH CH2

CH3

2 - Buteno

C4H8

CH3

CH3

1,2 - Buteno

C4H6

1 - Penteno

C5H10

2 - Penteno

C5H10

1,2 Penteno

C5H8

CH = CH

CH2 = C = CH

CH3

CH2 = CH (CH2)2 CH3 CH3 CH =CH CH2 CH3 CH2 = C = CH CH2 CH3

170

Fórmula geométrica

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Los cicloalquenos son moléculas en forma de anillo no saturadas, que tienen dos, cuatro, etc. hidrógenos menos que su alqueno correspondiente. La manera de nombrarlos es igual a las moléculas lineales pero anteponiendo

el prefijo ciclo. Hay dos importantes radicales de alquenos que tienen nombres comunes.

Además existen algunos alquenos que tienen nombre trivial. Por ejemplo:

Las reglas de la IUPAC para nombrar alquenos ramificados son semejantes a las de los alcanos, pero se deben adicionar algunas reglas para nombrar y localizar los enlaces múltiples. Paso 1.- Se elige la cadena continua de atomos de carbono que contenga el ó los enlaces múltiples. Si hay ramificaciones se toma como cadena principal la cadena más larga de las que contiene dichos enlaces. No siempre la cadena elegida será la más larga. Paso 2.- Se numeran los átomos de carbono a partir del extremo más cercano al enlace múltiple, de forma que los átomos de carbono de dicho enlace, tengan los números más pequeños. Si el enlace múltiple es equidistante a ambos extremos de la cadena la numeración empieza a partir del extremo más cercano a la primera ramificación. Paso 3.- Se nombran las ramificaciones y por último se dá nombre a la cadena principal, indicando la posición de los enlaces múltiples mediante el número del primer carbono de dicho enlace. En los alquenos ciclicos, el doble enlace establece el orden numérico de los carbonos.

171

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Ejemplos:

3. Alquinos Los alquinos se obtienen del petróleo y en la naturaleza son escasos. En general se preparan sinteticamente a partir de los alcanos y alquenos correspondientes por diferentes métodos. La mayor parte se encuentran en forma de acetileno. El acetileno o etino es el alquino más sencillo. Es un gas, altamente inflamable, un poco más ligero que el aire e incoloro. Produce una llama de hasta 3000ºC, la mayor temperatura por combustión hasta ahora conocida. Se utiliza como combustible en la soldadura a gas, corte y modelado de metales y vidrio. Muchas empresas lo usan para preparar compuestos orgánicos necesarios para la síntesis de productos agrícolas y farmacéuticos. En la industria química los alquinos son importantes productos de partida en la síntesis del PVC (adición de HCl) de caucho artificial etc. Los polímeros generados a partir de los alquinos, los polialquinos, son semiconductores orgánicos, con comportamiento parecido al silicio aunque se trata de materiales flexibles. El grupo alquino está presente también en algunos fármacos citostáticos (anticancerosos). Son hidrocarburos alifáticos insaturados que presentan en su estructura al menos un triple enlace entre dos átomos de carbono. La hibridación que presentan los carbonos con triple enlace es (sp). Se trata de compuestos metaestables debido a la alta energía del triple enlace carbono-carbono. Comparten muchas de sus propiedades con los alquenos, pero debido al triple enlace, los valores de sus propiedades físicas siempre son mayores.

172

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Aquéllos que solo tienen un triple enlace responden a la fórmula general C nH2n2. Los que contienen más de un triple enlace, reciben el nombre de polialquinos. Responden a la fórmula general CnH2n–2, ó 2n-2(2), (4), etc. Se nombran con las mismas reglas que se aplican en los alquenos, pero nombrando a la cadena principal con el sufijo ino. Por ejemplo: Nombre Fórmula Fórmula Fórmula condensada semidesarrollada geométrica CnH2n ó -2, etc. Propino

C3H4

CH3

1 - Butino

C4H6

2 - Butino

C4H6

CH3

C

C

1, 2 Butadiino

C4H4

CH

C

C CH3

1 - Pentino

C5H8

2 - Pentino

C5H8

1,2 Pentadiino

C5H8

CH

CH

C

C CH2

C

(CH2)2

CH CH3 CH3

CH3

CH3

CH C CH2 CH3 CH C C CH2 CH3

Los alquinos ramificados se nombran con las mismas reglas de la IUPAC para los alquenos, con la diferencia de que el sufijo de la cadena principal es ino. Ejemplos:

4. Aromáticos Originalmente se les denominó aromáticos porque la mayoría de ellos tienen aromas característicos, como el benzaldehído, que es el responsable del olor de los duraznos, las cerezas y las almendras. Son un tipo especial de compuestos en forma de anillo, con enlaces dobles que alternan, situación que les permite tener propiedades especiales.

173

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II El principal componente de esta familia es el ciclohexatrieno, cuyo nombre trivial es benceno, ya que fue aislado por primera vez de la goma de benjuí o resina de benzoina, un bálsamo empleado para la producción de perfumes y medicamentos durante los siglos XVIII y XIX. El benceno es un líquido incoloro de aroma dulce y sabor ligeramente amargo, similar al de la hiel. Se evapora rápidamente a temperatura ambiente y es poco soluble en agua. Además es sumamente inflamable. En el benceno, los electrones de los dobles enlaces no están ubicados entre dos carbonos específicos, sino que se comparten con los carbonos de toda la molécula, de modo que los enlaces dobles alternan su posición y la estructura molecular adquiere una gran estabilidad. A los compuestos relacionados con el benceno, la IUPAQ acepta que se les nombre con base a su estructura anular. Cuando el benceno está tiene solo un sustiyuyente, se nombra al compuesto con el nombre del grupo que está unido al anillo, seguido de la palabra benceno: Ejemplo.El benceno monosustituido suele tener nombres triviales, aceptados internacionalmente y avalados por la IUPAQ para la nomenclatura de los compuestos aromáticos. Ejemplo.-

Cuando el anillo de benceno se halla unido a una cadena de más de siete carbonos, ó se halla unido a una cadena con un grupo funcional de mayor prioridad, el anillo se señalará como cualquier grupo alquilo con el nombre de fenil ó fenilo.

Ejemplo.174

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II A los compuestos de anillo bencénico con dos sustituyentes, se les agrega un prefijo para designar la posición relativa entre los mismos: Ejemplos.-

Si el benceno se encuentra polisustituido, se emplean números para nombrar sus posiciones en el compuesto. La primera posición corresponderá al sustituyente con mayor estado de oxidación, es decir, el de mayor electronegatividad. Ejemplos.-

Los compuestos aromáticos también pueden ser policíclicos, es decir, moléculas con anillos bencénicos unidos entre sí. La mayoría conserva el nombre trivial. Ejemplos.-

Los policíclicos pueden estar sustituídos. La forma de encontrar su nombre correcto es a través de los siguientes pasos: Paso 1.- Se localiza la estructura con el máximo número de anillos para la cual ya exista un nombre trivial avalado por la IUPAC. Se numeran los carbonos que no comunes en el sentido de las agujas 175

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II del reloj, para así poder ubicar a los sustituyentes. En el ejemplo: 5 isopropil - fenantreno. Paso 2.- En estructuras complejas, el mayor número de anillos deberán estar en un plano horizonal, los restantes, situados hacia arriba y hacia la derecha, según se mire el plano en el que se representa la molécula. Si existen varias formas de representar la molécula, se escoge aquella que tenga menos anillos situados hacia abajo y a la izquierda. Paso 3.- Se numeran los carbonos en sentido horario, comenzando por el carbono situado lo más arriba y lo más a la derecha posible (en este orden), que no participe en la unión de los anillos. No se numeran los átomos de carbono que estén compartidos por anillos. La numeración en la molécula final no tiene que coincidir con la de la molécula original, antes de la sustitución. Paso 4.- También se suelen señalar los enlaces entre carbonos en orden alfabético. Se comienza con la letra “a” entre los átomos 1 y 2, continuando en sentido horario. En este caso, la sustitución es definida entonces por medio de los enlaces envueltos en la fusión. Por ejemplo, el policíclico denominado pireno, quedaría numerado de la siguiente forma:

Y dos ejemplos de nombrar este sistema con sustituyentes serían:

176

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II A pesar de que los aromáticos tienen dobles enlaces, no comparten la mayoría de sus propiedades con los alquenos, sin embargo son similares en cuanto a que son insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos. Sus puntos de ebullición son ligeramente superiores a los de los alquenos con igual número de carbonos, muy cercanos a los cicloalquenos correspondientes. En la naturaleza se encuentra en los subproductos de la combustión principalmente del carbón, además del tabaco ó de incendios forestales; en los productos que emanan de los volcanes y en resinas naturales. En la industria se encuentra entre los veinte productos químicos de mayor volumen de producción. Se usan para manufacturar materia prima en la fabricación de plásticos, resinas, nylon y fibras sintéticas. También son requeridos para elaborar ciertos tipos de gomas, lubricantes, tinturas, detergentes, medicamentos y pesticidas.

En el siguiente cuadro se muestran algunas sustancias comunes en nuestra vida diaria, que contienen anillos bencénicos en su estructura:

Tipos de sustancias

Compuestos aromáticos presentes

Analgésicos (aspirina, tylenol, ibuprofeno, etc.).

Fenol, anillos bencénicos como parte de la estructura molecular.

Antibióticos (sulfas, tetraciclina, algunas penicilinas, etc.).


Esencias y perfumes.

Moléculas fisiológicas (ácidos biliares, hormonas sexuales, hemoglobina, neurotransmisores, clorofila, vitaminas, etc.). Dentríficos, pastillas y enjuagues bucales.

177

Cimeno, fenol, benzaldehído, diisocianato de tolueno.

Fenantreno


COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Desinfectantes y detergentes.

Detonantes y explosivos.

Gases de emisión de autos y cigarros.

Fenol, diisocianato de tolueno.

Tolueno, trinitrotolueno, nitrobenceno, anilina, diisocianato de tolueno.

Benzo(a)pireno

Gasolina y sus aditivos.

Benceno, tolueno, estireno.

Disolventes

Xileno, estireno, clorobenceno, nitrobenceno.

Barnices, pinturas, y colorantes.

Plaguicidas y repelentes.

178

Derivados de antraceno, anilina, indeno, diisocianato de tolueno.

Naftaleno, clorobenceno, fenol, anilina.

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Polímeros (resinas, plásticos, hules, etc.).

Fenol, diisocianato de tolueno, anilina, estireno.

ACTIVIDAD DE APLICACIÓN Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor: 1. Relaciona ambas columnas. ( ) Son compuestos constituidos por el benceno y sus derivados. ( ) En este grupo se encuentra la molécula de etileno, misma que induce la maduración en los frutos. ( ) Son punto de partida para la fabricación de PVC y caucho artificial.

a. Hidrocarburos b. Allcanos c. Cicloalcanos d. Alquilos e. Alquenos f. Polialquenos g. Cicloalquenos h. Alquinos i. Polialquinos j. Aromáticos

( ) Hidrocarburos en cuya estructura molecular, los carbonos se unen exclusivamente por enlaces sigma (σ). ( ) Son moléculas de alcano que pierden un hidrogeno y por ello se convierten en radicales. ( ) En estado líquido conforman el petróleo y en estado gaseoso el gas natural. (

) Moléculas de parafina cerradas.

( ) Hidrocarburos que presentan en su estructura molecular al menos dos caronos unidos con enlace pi (π). ( ) El compuesto 1,2 - butadiino, es un ejemplo de este grupo. ( ) Hidrocarburos cerrados e insaturados.

179


2.- Desarrolla la fórmula geométrica de todos los tipos de radicales alquilo que se presentan en moléculas desde uno hasta cinco carbonos: 3.- Desarrolla la fórmula geométrica de dos radicales de alqueno y dos cicloalquenos de nombre trivial. 4.- Da nombre a los siguientes compuestos

180


5.- Llena los espacios en blanco de la tabla siguiente:

Tipo hidrocarburo Alcanos

de Métodos de obtención

Usos

Alquenos

Alquinos

Aromáticos

IV.1.4.2 GRUPOS CON FUNCIONES ORGÁNICAS Los hidrocarburos pueden estar sustituidos con otros elementos ó grupos de átomos, denominados grupos funcionales. Son estructuras submoleculares, caracterizadas por una conectividad y composición particular, que confieren una reactividad química específica a las moléculas en las que están presentes. Estas estructuras reemplazan a los átomos de hidrógeno perdidos por las cadenas hidrocarbonadas. Los grupos alifáticos, o de cadena abierta, suelen ser representados genéricamente por R (radicales alquílicos), mientras que los aromáticos, o derivados del benceno, son representados por Ar (radicales arílicos).

181


Clase de compuesto Alcoholes

Éteres

Aldehídos

Grupos funcionales más comunes Grupo funcional Fórmula general OH (Hidroxilo) R OH

O

O C

Cetonas

(Oxo)

H

(Formilo)

O C

Ar

OH

R

O

R’

R

O

Ar

Ar

O

Ar

R

CHO

Ar

CHO

R

CO

R

O

Ejemplos OH OH O O O CHO CHO

R’

C

(Carbonilo)

O C

Ar

O C Ar Ácidos carboxílicos

O C

Ésteres

OH

NH2

Amidas

O

Halogenuros

C X

O

Ar

CO

O C

OH

(Carboxilo)

O C

Aminas

R

O

(Oxocarbonilo ó carboalcoxi) (Amino)

NH2 (Carboxamida) (Halo) X = Halógeno

182

OH

O Ar

CO

OH

C

OH

R

COO

R’

O C

O

O R

X

Ar

X

R

CO

NH2 NH2 NH2

C

NH2

O R

X

Cl

Ar

X

Cl

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 1. Alcoholes En química se denomina alcohol (del árabe al = el y kohol = sutil), a aquéllos hidrocarburos saturados que contienen un grupo hidroxilo (-OH) en sustitución de un átomo de hidrógeno enlazado de forma covalente. A nivel del lenguaje popular se utiliza para indicar comúnmente a bebidas que contiene el alcohol denomindo etanol. Muchos alcoholes pueden ser creados por fermentación de frutas o granos con levadura. Otros alcoholes son generalmente producidos como derivados sintéticos del gas natural o del petróleo. Los alcoholes son compuestos incoloros de olor característico. Los de más bajo peso molecular (los primeros once) son líquidos y solubles en agua en proporción variable, los demás son sólidos y se vuelven poco solubles o insolubles en ella. Al aumentar la masa molecular, aumentan también sus puntos de fusión y ebullición, pudiendo ser sólidos a temperatura ambiente. Algunos alcoholes (principalmente los polialcoholes y los que se encuentran con anillos aromáticos) tienen una densidad mayor que la del agua. Sus puntos de fusión y ebullición suelen estar muy separados, por lo que se emplean frecuentemente como componentes de mezclas anticongelantes. Las propiedades químicas de los alcoholes están relacionados con el grupo (OH-), que es muy polar y capaz de establecer puentes de hidrógeno con sus moléculas compañeras, con otras moléculas neutras, y con aniones. Los alcoholes pueden ser primarios, secundarios o terciarios, en función del número de átomos de hidrógeno sustituidos en el átomo de carbono al que se encuentran enlazado el grupo hidroxilo.

Para nombrar alcoholes se siguen las reglas de la IUPAQ. El nombre de cualquier alcohol se deriva del hidrocarburo correspondiente, al que se le cambia la terminación por el sufijo ol.

183

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II La cadena contínua más larga debe contener al ó a los grupos (OH-), procurando que los carbonos que los contienen tengan la posición con el número más bajo. El resto de las reglas establecidas con anterioridad, se siguen empleando. Se utilizan los sufijos diol, triol... según la cantidad de grupos OH que se encuentren en dicha cadena. En el caso de los alcoholes de moléculas cerradas, se nombra al grupo hidroxi como sustituyente. También es muy utilizada la nomenclatura donde se antepone la palabra alcohol y sustituyendo el sufijo -ano del correspondiente alcano por -ílico. Por útimo, se pueden encontrar alcoholes con nombre trivial ó común. A continuación se muestran como ejemplo las fórmulas de diversos tipos de alcoholes, en su mayoría importantes por sus diversas aplicaciones. (Los

nombres triviales se encuentran con letra cursiva):

184

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Los alcoholes tienen una amplia gama de usos en la industria por su baja toxicidad y disponibilidad:  El metanol y el etanol se emplean para fabricar barnices y como aditivos de la gasolina, ya que combustionan de una manera más limpia.  El etanol es utilizado frecuentemente como disolvente en fármacos, perfumes y en esencias vitales como la vainilla, junto con el isopropanol es utilizado como desinfectante médico.  El 2-propanol (isopropanol) y la glicerina (propanotriol) son necesarios en la elaboración de cosméticos, cremas, jabones, astringentes y lubricantes.  El 1,2-etanodiol (etilenglicol) se aprovecha para producir anticongelantes.  El fenol se usa como desinfectante, antiséptico y germicida y además se emplea en la preparación de otros compuestos aromáticos como las resinas.  El alcohol feniletílico es el componente principal de la esencia de rosas y es muy utilizado en perfumería.  El metil-dihidroxibenceno (resorsina) es antiséptico y se usa para la obtención de fluorescencia y muchos colorantes. El paradihidroxibenceno (hidroquinona) se usa como revelador fotográfico, en radiografías, en la industria de los cosméticos y en la fabricación de cremas blanqueadoras.  El 2,4,6-trinitrofenol (ácido pícrico), se usa como antiséptico en el tratamiento de quemaduras. Frecuentemente son versátiles intermediarios en la síntesis orgánica. El colesterol por ejemplo, es un alcohol de gran importancia para los seres vivos, porque es precursor químico para la biosíntesis de algunas hormonas. Sin embargo su exceso en el organismo puede precipitar cristales en la vesícula biliar formando cálculos, o bien en las paredes de venas y arterias,

ocasionando arterioesclerosis.

185

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 2. Éteres

Son compuestos que resultan de la unión de dos grupos de hidrocarburos están enlazados a través de un puente de oxígeno (R-O-R). Corresponden generalmente a sustancias obtenidas por deshidratación de alcoholes, ó por la sustitución de los dos hidrógenos del agua por radicales orgánicos: Ejemplo.2CH3CH2CH2OH

ácido sulfúrico

CH3 CH2 CH2 CH2 H2O

O

CH2 CH3

+

La generalidad de los éteres son líquidos volátiles de olor suave, ligeros e inflamables, insolubles en agua, pero solubles en alcoholes y otros disolventes orgánicos. Sus puntos de fusión y ebullición son muy similares a los de los hidrocarburos de masa equivalente. A pesar de que contienen oxígeno, tienen un comportamiento estable y poco reactivo. Ésta característica y su capacidad como disolvente, le permite ser útiles en la extracción de productos vegetales y como medio de reacción en las síntesis orgánicas. Los éteres se clasifican en simples (si los dos radicales que los forman son iguales) ó simétricos (si los dos redicales que los forman son distintos).

Para nombrar a los éteres sencillos se usa un sistema común, en donde se menciona a los grupos unidos al átomo de oxígeno por orden alfabético, seguidos de la palabra éter. La nomenclatura de la IUPAQ considera al grupo –OR como un sustituyente, donde se elige a la unión molecular con el oxígeno de mayor número de carbonos y se le nombra como a un alcano. A la otra porción molecular se le nombra como a un sustituyente con la terminación oxi, considerando al átomo de carbono donde está unido al oxígeno, como la posición 1. Por último, se consideran como óxidos cuando los radicales son iguales. En el caso de los éteres cíclicos, éstos tienen nombres específicos aceptados por la IUPAQ. 186

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II A continuación ejemplos de fórmulas de éteres, algunos de ellos importantes por su aplicación (Los nombres triviales se encuentran con letra cursiva):

Los éteres de forma compleja son muy abundantes en la vida vegetal formando pate de las resinas de las plantas, colorantes de flores y otros. De los éteres en la vida cotidiana más importantes, se encuentran:  El éter dietil éter (éter etìlico), ó simplemente éter, el cuál se obtiene sintéticamente por deshidratación del etanol. Es el de mayor importancia comercial, se usa para para los procesos de extracción con solvente (disuelve azufre, fósforo, grasas y ceras). Es útil además para la fabricación de explosivos y en la medicina como espasmódico y anestésico. Probablemente el éter sea la sustancia más utilizada en el laboratorio, a pesar de que es potencialmente peligroso por su inflamabilidad y volatilidad.  Otro éter importante es el guayacol, cuyo uso más común es como anestésico local y como expectorante.  El metil terbutil éter se

187

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II agrega a la gasolina sin plomo para mejorar su actividad y características de combustión.  El éter diisopropílico se emplea, entre otras cosas, para extraer la nicotina del tabaco. 3. Aldehídos Los aldehídos pues, son compuestos que presentan en su estructura el grupo denominado carbonilo (C=O). Se forman cuando un átomo de hidrógeno de una porción terminal de un grupo alquilo ó un átomo de hidrógeno de un grupo arilo se unen al átomo de carbono del carbonilo. Etimológicamente, la palabra aldehído proviene del inglés aldehyde y a su vez del latín científico alcohol, ya que se pueden obtener a partir de la oxidación suave de los alcoholes primarios. Ejemplo.CH3CH2CH2OH

solución ácida de dicromato de potasio

CH3 CH2 CH = O

+

H2

A temperatura ambiente, los más sencillos (excepto el de un carbono), son líquidos y los de cadenas mayores, son sólidos. Los de cadena corta son solubles en agua y a medida que aumenta la longitud de la cadena va disminuyendo dicha solubilidad. Los aldehídos presentan puntos de fusión y ebullición más bajos que los alcoholes de su mismo peso molecular. Los aldehídos de bajo peso molecular presentan, por lo general, olores penetrantesy desagradables, mientras que los de peso molecular elevado presentan olores agradables, como los de algunas frutas y perfumes. El grupo carbonilo les proporciona gran reactividad, participa en una amplia variedad de importantes transformaciones, dentro de las cuáles es capáz de producir ácidos carboxílicos con igual número de átomos de carbono con mucha facilidad. El sistema de nomenclatura se designa de acuerdo con las reglas de la IUPAQ. Consiste en emplear el nombre del alcohol correspondiente cambiando la terminación ol por al. Cuando el grupo CHO es sustituyente se utiliza el prefijo formil. También se utiliza el prefijo formil cuando hay tres o más funciones aldehídos sobre el mismo compuesto. En esos casos se puede utilizar otro sistema de nomenclatura que consiste en dar el nombre de carbaldehído a los grupos CHO (los carbonos de esos CHO no se numeran, se considera que no forman parte de la cadena). Este último sistema es el idóneo para compuestos con grupos CHO unidos directamente a ciclos.

188

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Por otra parte, en los aldehídos es frecuente encontrar nomenclatura trivial. A continuación ejemplos de fórmulas de aldehídos, algunos de ellos importantes por su aplicación. (Los nombres triviales se encuentran con letra cursiva):

Los aldehídos están ampliamente presentes en la naturaleza y grandes variedades de ellos son de la propia vida cotidiana:  Probablemente desde el punto de vista industrial el más importante de los aldehídos sea el metanal (formaldehido), un gas de olor picante y medianamente tóxico, que se usa en grandes cantidades para la producción de plásticos termoestables como la bakelita y la melanina, además de encontrarse en algunas composiciones de productos cosméticos. Sin embargo esta aplicación debe ser vista con cautela ya que en experimentos con animales el compuesto ha demostrado un poder cancerígeno.  La solución acuosa de formaldehído se conoce como formol o formalina y se usa ampliamete como desinfectante, en la industria textil y como preservador de tejidos a la descomposición.  El benzaldehído, se emplea para producir perfumes, productos farmacéuticos y colorantes.  El acetaldehído formado como intermedio en la 189


  



metabolización se cree responsable en gran medida de los síntomas de la resaca tras la ingesta de bebidas alcohólicas. El importante carbohidrato denominado glucosa, es un polihidroxialdehído. La vanillina, que es el saborizante principal de la vainilla es otro ejemplo de aldehído natural. Otro aldehído que desempeña un papel importante, es el cisretinal, cuyo origen es la vitamina A. Este compuesto interviene en la respuesta del ojo a la luz, lo que le permite detectar luz en los objetos y ver. Muchos alimentos de origen vegetal, deben su olor y sabor a los aceites esenciales que les son característicos, los cuáles poseen aldehídos dentro de su estructura, como es el caso de la canela.

4. Cetonas Las cetonas son compuestos orgánicos que al igual que los aldehídos, tiene al grupo carbonilo (C=O), pero a diferencia de éstos, el carbono del carbonilo es secundario, porque se encuentra unido a otros dos átomos de carbono. También las moléculas cíclicas pueden tener un carbono carbonilo. Por lo general las cetonas se obtienen a partir de la oxidación de alcoholes secundarios, en presencia de una solución ácida de permanganato de potasio.

Ejemplo.CH3

CH2

CH3

solución ácida de permanganto de potasio

OH

CH3

CH2

CH3

O

Las cetonas tienen olores suaves y agradables, son líquidas en su mayoría, a menos que se trate de las que tienen alto peso molecular (mayores a 2 carbonos). Poseen puntos de fusión y ebullición ligeramente mayores que los aldehídos de peso equivalente. Las cetonas de bajo peso molecular son solubles en agua, aunque dicha solubilidad disminuye a medida que aumenta el número de átomos de carbono en la molécula. Son compuestos relativamente reactivos y por eso resultan muy útiles para sintetizar compuestos. Las cetonas se nombran de manera similar a los aldehídos conforme a las reglas de la IUPAQ.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Conservan el nombre del alcohol que los formó, pero cambiando el sufijo ol por ona. Cuando el grupo funcional carbonilo es un sustituyente deberá emplearse el prefijo oxo. En las cetonas cíclicas se asigna el número 1 al carbono del carbonilo. Cuando el grupo carbonilo se encuentra como sustituyente en un anillo bencénico, a éste se le denomina felona. Una forma alternativa consiste en citar los dos radicales que están unidos al grupo carbonilo por orden alfabético y a continuación la palabra cetona. Por otra parte, en las cetonas es frecuente encontrar nomenclatura trivial. A continuación ejemplos de fórmulas de cetonas, algunas de ellas importantes por su aplicación. (Los nombres triviales se encuentran con letra cursiva):

Las cetonas se encuentran ampliamente distribuidas en la naturaleza y la más simple, es la más importante a nivel industrial. Dentro de los usos más comunes se encuentran:  Son disolventes poderosos de materiales orgánicos como ceras, plásticos, pinturas, ceras y barnices.  La 2-propanona, denominada en forma común como acetona. A nivel industrial tiene muchos usos: se emplea en grandes cantidades para remover esmaltes y pinturas, como precursor químico de antisépticos tales como el yodoformo, para producir rayón, como agente

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II gelatinitizante en explosivos, en la industria de revestimientos, entre otros.  La metil-etil-cetona se usan extensamente en la industria como disolvente y mezclada con acetona se usa como disolvente-cemento de los tubos de PVC.  Muchas cetonas son productos intermedios importantes en el metabolismo celular, como la acetona que es un producto del metabolismo de las grasas.  Algunas cetonas funcionan como hormonas, tal es el caso de la cortisona, la progesterona y la testosterona.  Conforman azucares como la fructosa, presentes en las frutas y en la miel.  Son parte de medicamentos como el alcanfor ó antibióticos como la tetraciclina y la eritromicina.  Existen cetonas naturales, como la muscona (que forma parte de los almizcles derivados de las glándulas de algunos animales), se emplean en la formulación de perfumes y cosméticos.

Hasta hace poco se usaban las secreciones glandulares de ciervos almizcleros (ricas en cetonas), diluidas en soluciones alcohólicas como fijadoras de perfumes. En la actualidad, estos animales están protegidos por lo que los fabricantes utilizan almizcle sintético.

5. Ácidos carboxílicos Los ácidos orgánicos ó carboxílicos, se caracterizan por poseer en su estructura el grupo funcional carboxilo (CO.OH), el cuál se forma cuando se une el grupo hidroxilo (OH) con el grupo carbonilo (C=O). Como resultado de esta unión, la molécula experimenta un acentuado incremento en su acidéz. Todos los ácidos orgánicos derivan de fuentes naturales y de seres vivientes, donde se lleva a cabo la oxidación de alcoholes primarios ó aldehídos: Ejemplo.CH3

CH2 OH

CH3 CH

+

+

O2

CH3 COOH

O2

CH3 COOH

+ +

H2O H2O

O Los ácidos carboxílicos son menos densos que el agua, a excepción de los dos primeros (los de uno y dos carbonos). Los de hasta cinco carbonos son muy solubles en agua, propiedad que disminuye mas adelante. Los cuatro primeros 192

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II de la serie, tienen olor picante y ligeramente desagradable. Sus puntos de fusión y ebullición son más altos que los de otros compuestos orgànicos de peso equivalente debido a la formación de puentes de hidrógeno. Esto explica que sólo hasta los primeros diez sean líquidos y los demás sólidos. Los ácidos orgánicos reaccionan igual que los ácidos minerales, con las bases, para formar las sales correspondientes. A esta reacción de ácidos carboxílicos con bases, se le denomina saponificación, y a las sales así generadas se les llama jabones. También suelen reaccionar para formar otras familias como los halogenuros de acilo, los anhídridos orgánicos, las amidas y los ésteres. Para nombrar a los ácidos orgánicos se emplea el esquema propuesto por la IUPAQ, en donde la cadena más larga se considera como la estructura principal, y se reemplaza la terminación del hidrocarburo correspondiente por la terminación oico y anteponiendo la palabra ácido. A continuación ejemplos de fórmulas de ácidos, algunos de ellos importantes por su aplicación. (Los nombres triviales se encuentran con letra cursiva):

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Los ácidos carboxílicos son muy importantes. Se localizan en forma abundante en la naturaleza y además participan en muchos procesos biológicos. 

  

 

  

    

El ácido metanóico ó fórmico se encuentra en la sustancia que segregan las hormigas al morder, en el veneno de las abejas y en las hojas de la planta de ortiga. Se usa como antiséptico y como agente para combatir el reumatismo; sirve para tratar pieles en la industria textil, y para fabricar insecticidas, refrigerantes, germicidas y espejos. El ácido etanóico ó acético es útil en la elaboración de vinagre (solución acuosa al 5%), plásticos, pegamentos, fijadores y colorantes. El ácido oxálico se emplea para elaborar limpiadores. Podemos encontrar a muchos de ellos en las frutas como es el caso del el ácido benenzóico está presente en las avellanas, almendras y arándanos, el ácido tartárico en las uvas, el ácido málico en las manzanas verdes, el ácido oléico en los aceites de oliva y cacahuate y el ácido cítrico es el que se encuentra presente en el jugo de los limones y demás cítricos. El ácido oxálico se encuentra presente en las espinacas y el ruibarbo; se emplea para blanquear pieles, como desmanchador en el proceso de tinción y en el fotograbado. El ácido succinico y sus derivados se encuentran en el ámbar amarillo y otras resinas. También en muchas algas, hongos, líquenes y frutos. Se emplea en la fabricación de lacas, barnices y medicamentos. El ácido ascórbico es la vitamina “C”, nutriente esencial para los mamíferos. El ácido láctico es el que le da su sabor característico a la leche agria. Los ácidos carboxílicos presentes en aceites de diversas fuentes como el coco, palma, olivo, girasol ó cártamo se saponifican para generar jabones, emolientes y suavizantes en la industria cosmética. Los ácidos orgánicos tienen muchas aplicaciones en la industria como materia prima, a partir de ellos se generan compuestos relacionados con las sales orgánicas, los éteres y las amidas. El ácido capróico, es el olor que despiden las cabras y el inconfundible olor de los calcetines sudados. Los ácidos láurico, palmítico, esteárico, oléico y linoléico se unen a la glicerina y forman las grasas de los animales y de los vegetales, por eso suelen denominarlos como ácidos grasos. El ácido láctico es el que se encuentra en la leche agria. Juega un papel importante en los procesos de fermentación y es el que se acumula en los tejidos con el exceso de ejercicio. El ácido cólico es uno de los ácidos biliares que se encuetran presentes en la bilis humana que actúa como agente emulsionante durante la digestión de las grasas.

194

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 

El ácido salicílico se extrae de la corteza del árbol de sauce, mismo que sirve como precursor del analgésico que lleva por nombre ácido acetilsalicílico.

6. Ésteres Etimológicamente, la palabra éster proviene del alemán Essig-Äther (éter de vinagre). Desde el punto de vista químico, los ésteres son compuestos derivados de los ácidos orgánicos, ya que provienen de la combinación de éstos mismos (CO.OH) con los alcoholes (OH). A este proceso se denomina esterificación (R-CO.OR). Un éster cíclico es denominado lactona. CH3

CH2 COOH + HO

CH3

CH3

CH2 CO

O CH3

+

H2O

La mayor parte de los ésteres son líquidos, incoloros, poco densos y son más volátiles que un ácido o alcohol de peso similar (sus vapores son inocuos, a menos que se inhalen en grandes concentraciones). A diferencia de los ácidos carboxílicos de los cuales se derivan, los ésteres poseen olores agradables, los de bajo peso molecular son líquidos incoloros que tienen olores frutales. Sus puntos de ebullición son más altos que los hidrocarburos similares, pero inferiores a los ácidos correspondientes, ya que no pueden formar puentes de hidrógeno intermoleculares, sin embargo, pueden aceptar este tipo de enlace a través de líquidos polares, por lo tanto, los ésteres de baja masa molecular son solubles en agua, pero los de mayor masa molecular son insolubles en ella. Los ésteres participan en la hidrólisis esterárica (la ruptura de un éster por agua). Los ésteres también pueden ser descompuestos por ácidos o bases fuertes, dando como resultado, un alcohol y un ácido carboxílico, o una sal de un ácido carboxílico (jabón). La nomenclatura de los ésteres se basa en el esquema de reglas de la IUPAQ. Se nombran como sales y su nombre deriva del ácido carboxílico y el alcohol de los que procede al mismo tiempo, por lo que se divide en dos partes:

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II La primera parte del nombre, es la raíz hidrocarbonada del ácido terminada en ato, la otra mitad, indica la raíz hidrocarbonada del alcohol terminada en ilo. Cuando el grupo funcional se encuentra como sustituyente en una molécula cíclica, se utiliza el término carboxilato. A continuación ejemplos de fórmulas de ésteres, algunos de ellos importantes por su aplicación. (Los nombres triviales se encuentran con letra cursiva):

Dentro de sus usos más relevantes se encuentran:  Son muy importantes como disolventes industriales. Por ejemplo, el acetato de etilo se usa como disolvente y para dar un olor agradable a los esmaltes de uñas. Éste mismo junto con el acetato de butilo, se emplean como disolventes en la fabricación de lacas y pinturas para autos y aviones.  Algunos ésteres se usan como materia prima en la fabricación de telas (poliéster).  Los ésteres más comúnmente encontrados en la naturaleza son las grasas, que pertenecen a los ésteres de glicerina y ácidos grasos (ácido oleico, ácido esteárico, etc.). Componen a la grasa de la leche, la manteca de cerdo, el aceite de linaza, girasol, cacahuate, maiíz, etc., por mencionar algunos.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II  Las ceras, son un caso especial de ésteres no ramificados que que tienen gran variedad de usos y se encuentran en plantas y animales, como el esperma de ballena (palmitato de cetilo) que se usa en cosméticos, la cera de abejas (palmitato de micrilo) que se usa en velas y grasa de zapatos ó la cera de carnáuba (cerotato de micrilo) principal componente de la cera para pisos y automóviles.  La gran mayoria de aceites esenciales son esteres. Éstos se emplean en la fabricación de perfumes y como agentes saborizantes en las industrias de la confitería y bebidas no alcohólicas.  Los aromas específicos de muchas flores y frutos se deben a la presencia de ésteres, por ejemplo:         

Butanoato de metilo: olor a Piña Salicilato de metilo aceite de siempreverde ó menta (olor de algunas pomadas) Octanoato de heptilo: olor a frambuesa Etanoato de pentilo: olor a plátano Pentanoato de pentilo: olor a manzana Butanoato de pentilo: olor a pera o a albaricoque Etanoato de octilo: olor a naranja. Acetato de bincilo: olor a jazmín Nolinato de etilo: olor a rosa

7. Aminas Los compuestos orgánicos con nitrógeno se encuentran en todos los organismos vivos en muchas formas, incluyen aminoácidos (proteínas), material genético (ADN, ARN), hormonas, vitaminas y neurotransmisores, o bien, materiales de desecho metabólico como la urea, (H2NCONH2), presente en la orina y los productos de desecho nitrogenados asociados a los olores desagradables de la descomposición orgánica.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Las aminas son compuestos orgánicos nitrogenados del amoniaco (NH3), obtenidas por la sustitución de uno, dos ó tres de sus hidrógenos, por radicales orgánicos. De este modo, podemos obtener tres tipos de aminas, en función del número de hidrógenos desplazados:

Si todos los sustiyuyentes son grupos alquilo, las aminas se denominan alifáticas. Si alguno de los sustituyenteses un arilo, entonces se denominan aminas aromáticas. Cuando la amina forma parte de un anillo, se denomina amina heterocíclica. Las aminas tienen un olor fuerte parecido al amoniaco, en su mayoría es desagradable. Tienden a ser líquidas a temperatura ambiente y son solubles en agua. A medida que aumenta el tamaño de sus radicales, dicha solubilidad disminuye. En soluciones acuosas forman soluciones de pH básico. Debido a la altra electronegatividad del átomo de nitrógeno presente en la molécula, éstas pueden formar puentes de hidrógeno de manera similar a los alcoholes. Sus puntos de ebullición son menores que en los alcoholes, pero mayores que los éteres, con excepción de las aminas terciarias. Las reglas que se utilizan para asignar la nomenclatura de la IUPAC a las aminas son similares a las utilizadas para nombrar alcoholes. Primero, se encuentra la cadena continua más larga que contiene el grupo como la cadena principal. Se nombre como a un hidrocarburo, pero terminado con el sufijoamina. En las aminas secundarias y terciarias, los grupos adicionales unidos al átomo de nitrógeno se deben identificar alfabéticamente y agregar al nombre usando como cadena base a la más larga. Si el grupo amino se encuentra varias veces, se utilizan los prefijos numéricos correspondientes. En las aminas en las cuales la función orgánica está unida a un anillo, se asigna como número 1 al carbón al cuál está unida. Si el grupo amina se encuentra como sustituyente en estructuras complejas, entonces se emplea el prefijo amino. Cuando otros grupos se encuentran unidos al átomo de nitrógeno, se usan prefijos con una N- antes de cada uno de ellos. La N- indica que este grupo está unido al átomo de nitrógeno y no a la cadena carbonada.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II A continuación se dan ejemplos de fórmulas de aminas, algunas de ellas importantes por su aplicación. (Los nombres triviales se encuentran con letra cursiva):

Muchas aminas están presentes en la naturaleza, representan uno de los grupos biológicos más importantes que se conocen. Otras, desempeñan papeles importantes en la industria:  Son productos de la descomposición de las proteínas, como la trimetil amina que se forma cuando se hecha a perder el pescado y la tetrametilendiamina ó la pentametildiamina (llamadas putrescina y cadaverina, respectivamente) que se forman cuando se descomponen los organismos superiores y que también están presentes en los productos de putrefacción del intestino.  Debido a su alto grado de actividad biológica, muchas aminas se emplean como drogas (adrenalina, dopamina, morfina, estricnina, cocaína y heroína) y como fármacos (quinina,

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II sulfas, difenilhidramina, bencedrina y efedrina).  En la industria, la etilamina desempeña un papel en la producción de hules y resinas y con la hexametilendiamina se produce nylon 6.6 y el rayón, que son útiles en la fabricación de prendas de vestir y cuerdas para neumáticos.  Dentro de las aminas aromáticas destacan la fenilamina ó anilina, misma que es utilizada como materia prima en la fabricación de colorantes. La anilina reacciona también con el sulfuro de carbono, para formar la tiocarbanilida, que se emplea como acelerador en la vulcanización del caucho. Pero el principal uso de la fenilamina es la producción de una clase importante de plásticos llamados poliuretanos, además de explosivos y muchos productos de la industria farmacéutica.  Las aminas cíclicas son importantes porque participan en la conformación de biomoléculas tales como ácidos ribonucléicos (adenina, guanina, timina y citosina) ó la clorofila y grupos hemo (pirroles).

8. Amidas Las amidas son cmpuestos orgánicos que se consideran como el producto de la sustitución del hidroxilo del grupo funcional carboxilo por un grupo amino, cuyo grupo funcional es (-CO.NH2) ya que son el resultado de la combinación química de un ácido carboxílico y una amina. Ejemplo.CH3 CH2 COOH + 2HN CH3 CH3 CH2 CO N CH3 + H2O H Las amidas son incoloras e inodoras. Excepto la primera de la serie, se presentan como sólidos cristalizados a temperatura ambiente. Sus puntos de fusión y ebullición son elevados, pueden servir para caracterizar los ácidos de los que se derivan. Presentan excelentes cualidades disolventes, son solubles en el alcohol y en el éter, aunque sólo si los primeros son solubles en agua. Forman enlaces por puente de hidógeno con mucha facilidad entre el hidrógeno del grupo amino y el oxígeno del grupo carbonilo. Son al mismo tiempo, bases y ácidos muy débiles. Se hidratan por acción de los ácidos minerales o de los álcalis diluidos y se transforman en ácidos grasos. Pueden engendrar además ciertos materiales, que les permiten formar en distintas condiciones el catión o el anión de una sal, constituyendo así moléculas anfóteras.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Las amidas se clasifican en primarias, secundarias y terciarias, dependiendo del número de sustituyentes del átomo de nitrógeno.

Para nombrar a las amidas se usan los esquemas de la IUPAQ. Su nombre deriva del ácido correspondiente, eliminando la palabra ácido y sustituyendo la terminación oico por amida. Cuando en una molécula se encuentre más de una vez el grupo amida, se añaden a la terminación, los prefijos numéricos correspondientes. Si el grupo funcional se encuentra unido a un anillo se llamará carboamida. Si los hidrógenos del grupo amino están sustituidos por radicales orgánicos, el compuesto se nombra anteponiendo una N- al nombre de los sustituyentes seguidos del nombre base. A continuación se dan ejemplos de fórmulas de aminas, algunas de ellas importantes por su aplicación. (Los nombres triviales se encuentran con letra cursiva): Las amidas son comunes en la naturaleza y muy importantes en procesos industriales.

 Una de las más conocidas es la urea, una diamida que no contiene hidrocarburos. Se encuentra en la orina de los mamíferos como producto del exceso de nitrógeno en el metabolismo de las proteínas. Además participa en muchas funciones orgánicas por lo que tiene variadas aplicaciones, se emplea por ejemplo en la industria farmacéutica para sintetizar ácido barbitúrico (tranquilizante, hipnótico, anticonvulsivo y anestésico). 201

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II  Las amidas son comunes en la naturaleza y se encuentran en sustancias como los aminoácidos, las proteínas, el ADN y el ARN, hormonas, vitaminas. En las proteínas al grupo amida se le llama enlace peptídico.  Las amidas también se utilizan mucho en la industria farmacéutica. La sacarina por ejemplo, es un producto comercial que se usa como sustituto de la sacarosa para las personas enfermas de diabetes ya que no es digerida y no tiene valor alimenticio alguno; la acetanilida que se emplea para tratar el dolor de cabeza, la neuralgia y fiebres suaves ó el acetaminofeno, analgésico supresor del dolor y antipirético (que baja la fiebre).  La acrilamida es un monómero muy reactivo empleado en la fabricación de polímeros. Se utiliza también en la síntesis de colorantes, adhesivos, en el engomado del papel y el apresto de textiles, en tejidos plisados y en el tratamiento del agua y las aguas residuales. Aunque es más conocida por ser probablemente carcinógena y estar presente en bastantes alimentos al formarse por procesos naturales al cocinarlos.  Algunos de sus polímeros son sintéticos, como el nailon (que forma excelentes fibras), pero también se encuentran en la naturaleza, como es el caso de la seda.  Es utilizada por el cuerpo humano dentro de sus mecanismos para la excreción del amoniaco (NH3).  La dimetilformamida y la dimetilacetamida tienen propiedades disolventes muy poderosas. Se emplean como disolventes de plásticos, resinas, colorantes y gomas y en numerosas reacciones orgánicas (como en la preparación de fibras sintéticas).  La acetamida se utiliza para la desnaturalización del alcohol y como disolvente de numerosos compuestos orgánicos, como plastificante y como aditivo para el papel. También se encuentra en lacas, explosivos y fundentes.  La formamida es un ablandador de papel y pegamentos y se utiliza como disolvente en la industria de plásticos y farmacéutica.  En la industria del metal se utilizan para el procesado de minerales y en ingeniería, para la construcción de cimientos de presas y túneles.  Los compuestos de amidas aromáticas son importantes productos intermedios en la industria de los colorantes.  Algunas también son repelentes de insectos.

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8. Halogenuros de alquilo Los halogenuros de alquilo (- X) se forman cuando uno ó más átomos de halógeno (Cl, F, Br ó I), sustituyen a uno ó más átomos de hidrógeno de un hidrocarburo. Esta misma acción también se produce en los hidrocarburos no saturados. Dependiendo del número de hidrógenos sustituidos por halógenos se tienen derivados monohalogenados ó polihalogenados. Ejemplo.2CH3

CH2

CH3

+

Cl2

2CH3

CH2

CH2

Cl +

H2

Los halogenuros de alquilo, son sustancias incoloras que se alteran por la acción de la luz. Los primeros miembros de la serie son gaseosos a temperatura ambiente y los demás, hasta con 18 carbonos, son líquidos. Son buenos disolventes para la mayoría de los compuestos orgánicos, pero insolubles en agua. Presentan puntos de fusión y ebullición más altos que los alcanos con el mismo esqueleto de carbono, mismos que aumentan con el peso atómico del halógeno y con el número de átomos de carbono del compuesto. El enlace entre el carbono y el halógeno está polarizado, el halógeno es más electronegativo que el carbono al cual está unido, lo que los hace inevitablemente nucleófilos. Reaccionan fácilmente para dar alcoholes, hidrocarburos saturados ó sales orgánicas. Estos compuestos se nombran se nombran siguiendo las normas IUPAC como hidrocarburos sustituidos colocando el nombre del halógeno junto al del hidrocarburo correspondiente, como una arborescencia más, mencionando con un prefijo numérico la posición del halógeno correspondiente. Una nomenclatura común, es nombrarlos como sales, con el sufijo uro. En la

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II nomenclatura de los compuestos halogenados es frecuente el empleo de nombres triviales. A continuación se dan ejemplos de fórmulas de halogenuros de alquilo, algunos de ellos importantes por su aplicación. (Los nombres triviales se encuentran

con letra cursiva):

Los halogenuros de alquilo abundan en la naturaleza, especialmente en el mundo marino. Son de gran importancia en la industria química por la gran cantidad de reacciones en las que participan, son usados en la fabricación de dispositivos semiconductores, como refrigerantes, agentes espumantes, disolventes, propelentes en sprays, agentes extintores y reactivos químicos  Se usan principalmente como disolventes industriales, como es el caso del tetracloruro de carbono que se emplea para el lavado en seco y el tricloroetileno es un disolvente de grasas y aceites.  El tetracloruro de carbono se usa además como extinguidor, pero su uso se ha reducido por considerarse muy tóxico y cancerígeno.  El bromuro de metilo es veneno para algunos roedores.  El diclorometano es comun en el lavado en seco como sustituto del tetracloruro de carbono. 204

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II  El cloroetano se usa en la preparación de antidetonantes de gasolina.  Los haloetanos son buenos anestésicos y se emplean como sustitutos del cloroformo.  Los clorofluorocarbonos tienen importancia como propelentes de aerosoles, en inhaladores para medicamentos utilizados en el tratamineto del asma y refrigerantes. Hoy en día el CCl3 (freón) y el CCl2F2, han empezado a sustituirse por el daño que causan a la capa de ozono.  El Diclorofeniltricloroetano (DDT), es un insecticida muy eficaz, pero se acumula en el ambiente y produce cáncer.  El para-diclorobenceno, es un ingrediente activo para combatir la polilla que puede sustituir al naftaleno.  El hexacloruro de benceno se emplea como insecticida.  Alquenos fluorados o clorados pueden ser usados para polimerización, dando lugar a polímeros halogenados con notables propiedades de resistencia química. Ejemplos importantes incluyen al policloroeteno (Policloruro de vinilo, PVC), politetrafluoretileno (PTFE, Teflon), pero existen muchos más polímeros halogenados. ACTIVIDAD DE APLICACIÓN Contesta las siguientes preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor. 1.- Llena de forma congruente los espacios vacíos que se encuentran en el cuadro Clase de compuesto Alcoholes Éteres Aldehìdos Cetonas Ácidos carboxílicos Èsteres Aminas Amidas Halogenuros de alquilo

Grupo funcional

Fórmula general

Propiedades

Usos

Ejemplos

4. Proporciona la fórmula semidesarrollada y nombre de cada uno de los siguientes compuestos: a. Un compuesto de cuatro carbonos que contenga un grupo hidroxilo que no sea alcohol. b. Un alcohol de ocho carbonos con dos sustituyentes. c. Un aldehído y una cetona con el mismo número de carbonos. 205

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II d. e. f. g. h. i. j. k.

Una amina terciaria con cuatro átomos de carbono. Un éter que se nombre además nombre trivial. Un anillo homocíclico de seis miembros, ramificado. Un anillo heterocíclico. Un ácido carboxílico sólido. Una amina medicinal. Una amida que funcione como monómero. Un halogenuro de alquilo que sea perjudicial para la salud. ACTIVIDAD DE INDAGACIÓN

Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor: 1. De nuevo nos vamos a valer de productos que se encuentran en tu entorno, se trata de investigar si en sus formulaciones encuentras ejemplos de los distintos hidrocarburos y grupos funcionales orgánicos que has estudiado y sus nombres: Nombre del

Compuestos

Grupo al que

producto

encontrados

pertenecen

Producto alimenticio Producto medicinal Producto energético Producto de limpieza Producto cosmético ACTIVIDADES DE APOYO O RETROALIMENTACIÓN EXPERIMENTO 1: PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS DE CARBONO Puedes solicitar el apoyo de tu asesor. Realiza tus anotaciones y conclusiones en un cuaderno. Los diferentes grupos funcionales de los compuestos de carbono, se comportan de forma distinta ante diversos estìmulos, sean fìsicos ó químicos, es decir que tienen propiedades que les son caracteristicas y que son las que permiten clasificarlos. En este experimento se pretende identificar los puntos de ebullición, la solubilidad en agua y la polaridad de algunos compuestos

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II orgánicos para así establecer un comparativo que nos ayude a verificar su identidad. MATERIALES:          

Probeta ó taza medidora Vasos de precipitado o de vidrio grueso (6) Parrilla eléctrica Termómetro con escala de hasta 150 grados centígrados Agitadores de vidrio o palitos de madera Un circuito eléctrico con foco como el de la figura Vinagre blanco Alcohol etílico Aceite de cocina Agua destilada (centro comercial de autoservicio)

DESARROLLO DEL EXPERIMIENTO: 1.- Lee las etiquetas del vinagre blanco y el alcohol etílico. Registra los porcentajes de ácido acético y etanol que respectivamente contienen. 2. Calcula el volumen necesario de agua destilada para igualar ambas soluciones, (el porcentaje del alcohol al del vinagre) y coloca 30 ml. de cada una de las soluciones en vasos de vidrio. 3. Calienta el alcohol en la parrilla eléctrica hasta que alcance el punto de ebullición. Toma la temperatura con el termómetro. Repite esta operación con la solución de vinagre. Registra los datos. 5.- Añade a dos vasos 100 ml. De agua destilada. A uno de los vasos incorpora 30 ml. de vinagre blanco, agita con la varilla ó el palito de madera y espera 4 minutos. Al otro vaso incorpora 30 ml. de aceite, agita igualmente, espera también 4 minutos. Anota tus observaciones. 6. Por último, coloca en los dos vasos restantes, 40 ml. de aceite y 40 ml. de vinagre respectivamente. Inserta en cada una de las soluciones las terminales del circuito eléctrico para ver si enciende el foco, es decir, para ver si conduce la corriente eléctrica. Anota tus observaciones. Nota.- Cada vez que uses las terminales, limpialas con una franela húmeda y sécalas. CONCLUSIONES: Con los datos obtenidos llena los espacios vacíos en los cuadros, e identifica si existe alguna relación con los grupos funcionales que estuvieron a prueba.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Tipo de compuesto

Grupo funcional

Temperatura registrada

Punto de ebullición esperado (alto ó bajo)

Alcohol Ácido carboxílico

Tipo de compuesto Alcohol Éster

Grupo funcional

Solubilidad en agua esperada (Sí ó No)

Conductividad eléctrica esperada (Sí ó No)

EXPERIMENTO 2: VARILLAS DE INCIENSO Puedes solicitar el apoyo de tu asesor. Realiza tus anotaciones y conclusiones en un cuaderno. Las plantas aromáticas tienen propiedades que podemos aprovechar de muchas maneras y una de ellas es respirar las escencias que generan al ser maceradas ó quemadas. Además de esta forma purificamos el aire y lo desinfectamos. Para este experimento, utiliza plantas comunes, de manera que las puedas encontrar fácilmente: romero, lavanda, càscara de cítricos, tomillo, rosa... MATERIALES:    

Palillo largo de madera como soporte Triturado de planta aromática Goma arábiga (Farmacia) Carbón activado (Farmacia)

DESARROLLO DEL EXPERIMENTO: 1.- Mezcla la goma arábiga con una infusión concentrada y caliente de la planta aromática de tu elecciòn. Debes lograr disolver bien la goma y que la pasta adquiera una consistencia pegajosa. 2.- Una vez terminada la mezcla añade carbón activado en polvo y lo disuélvelo bien. La consistencia que tienes que lograr es de una papilla muy espesa. 3.- Coloca un poco de pasta sobre una bandeja y reboza el palillo de madera. Así es que tendrás una varilla impregnada en una pasta que “pega”, por tener goma, y que “arde”, gracias al carbón activado.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 4.- Por último, pasa la varilla por el triturado de la planta que hayas elegido, (molida y tamizada). Romero, si quieres estimularte, lavanda si es para relajarte, tomillo, para desinfectar el ambiente, ralladura de cítricos, para refrescar... Incluso puedes mezclar varias plantas. 5.- Deja secar media hora y la puedes prender cuando quieras. CONCLUSIONES: 1.- ¿Cuáles de los grupos funcionales orgánicos que estudiaste crees que se encuentran presentes en la goma y los extractos de plantas utilizados? Fundamenta tu respuesta:

EXPERIMENTO 3: ELABORACIÒN DE UN JABÓN ARTESANAL Puedes solicitar el apoyo de tu asesor. Realiza tus anotaciones y conclusiones en un cuaderno. El jabón generalmente es el resultado de la reacción química entre un álcali (hidróxido de sodio o de potasio) y algún ácido graso, reacción denominada saponificación. Estos ácidos grasos pueden ser encontrados en grasas ó aceites. El jabón es un material soluble en agua y, por sus propiedades detersivas, sirve comúnmente para lavar. La elaboración doméstica es bastante más cómoda y segura, además lo formamos y decoramos a nuestro gusto. Tradicionalmente es un material sólido, aunque también es habitual verlo en forma líquida o en polvo. La forma sólida es el compuesto seco o sin el agua que está involucrada durante su obtención. La forma líquida es el jabón disuelto en agua, en este caso su consistencia puede ser muy viscosa o muy fluida. El jabón artesanal del mejor que hay: sirve para lavarse el cuerpo y el pelo (lo fortalece), para curar las heridas, para lavar ropa (queda blanca y suave), deja los suelos de terrazo como nuevos... cerca de más se le puede pedir? El jabón artesanal se elabora con grasas diversas. Sirve también el aceite usado de la cocina. MATERIALES:

     

Medio kilo de sosa cáustica (hidróxido de sodio) Tres litros de agua Tres litros de aceite Una paleta de madera Escencias ó extractos de interés particular Cajón de plástico o de madera 209


 Papel encerado DESARROLLO DEL EXPERIMENTO: 1.- Se disuelve la sosa con el agua. 2.- Cuando se enfría, se va echando el aceite poco a poco. Se debe hacer en un recipiente grande de plástico, con cuidado de no salpicar y con unos guantes debido a que la sosa es corrosiva, además, hay que tener paciencia pues tarda en cuajarse casi una hora, todo este tiempo se debe dar vueltas hacia la derecha, con una paleta grande y siempre en el mismo sentido, (porque de lo contrario se puede “cortar” el jabón). Poco a poco se va poniendo duro. 3.- Cuando el jabón se endurezca, añade la escencia o extracto de tu interés, por ejemplo, por ejemplo pulpa de aloe vera, miel, ó esencia de manzanilla, rosas, almendras, etc. 4.- Después se pone en el cajón, forrado con papel y, antes de que se ponga duro del todo, debemos cortarlo en trozos pequeños. 5.- Se deja secar y ya esta listo para usar. CONCLUSIONES: 1.- ¿Por qué están presentes los ácidos orgánicos en las grasas? 2.- ¿Establece la reacción química que se está llevando a cabo?

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II ACTIVIDAD PREVIA 1. Para poder manejar en forma adecuada la información contenida en el BLOQUE V, es necesario que estés familiarizado con los siguientes conceptos. Contestalos en un cuaderno y comentalos con tu asesor: a. b. c. g.

Masa molecular Enlace químico covalente Moléculas orgánicas Grupos funcionales orgánicos

LECTURA 6.- BREVE HISTORIA DEL VESTIDO Y LOS TEXTILES Un textil, es un material capáz de reducirse a fibras de hilo que posteriormente se compresan para hacer cuerdas ó tejidos. Los textiles han sido enormemente importantes en toda la historia humana, desde sus materiales, herramientas de producción y técnicas, hasta sus influencias culturales y sociales. Las fuentes disponibles para el estudio de la historia del vestido y los textiles, comprenden los restos materiales descubiertos a través de la arqueología, el arte y los documentos relativos a la fabricación, adquisición, utilización y comercialización de telas, herramientas y prendas acabadas desde la Prehistoria hasta la Época Contemporánea. El procesamiento de los textiles aparece a partir de la Edad de Piedra en el Oriente Medio. Hay evidencia que sugiere que los seres humanos pueden haber comenzado a usar ropa 100,000 años atrás. Ésta se basa en el análisis genético comparativo entre el piojo del cuerpo humano y el que vive en la ropa, mismos que presentan divergencias a partir ese entonces. Se han encontrado fibras de lino teñidas en una cueva de la República de Georgia, que se remontan a 36.000 años. Las primeras evidencias de tejido provienen de impresiones de textiles y cestería que se encuentran en Dolni Vestonice, en la República Checa, fechadas con 27,000 años. Los primeros ejemplos de agujas definitivas proceden de la cultura Solutrense, que existió en Francia del 19.000 aC al 15.000 aC. Hace 25.000 años, las estatuillas europeas se representaban con prendas de vestir adornadas con sombreros o gorras de canasta, éstas consistían de trozos de tela que envolvían el cuerpo. Los arqueólogos han descubierto artefactos de la misma época que parecen haber sido utilizados en las artes textiles como medidores de red, agujas de huso y palos de tejer.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II El lino cultivado ó domesticado aparece 8000 aC en el Cercano Oriente. Existen pruebas de producción de tela de lino en el Antiguo Egipto en este periodo. Las vendas de lino se usaban para envolver a los muertos, con la costumbre de momificación. En sus pinturas se observan egipcios con varios tipos de vestidos, camisas y chaquetas de este de tela pura plisada. Otros como rush, caña, palma y papiro se usaban para hacer cuerdas y papel. La certidumbre de la producción de lana en Egipto es escasa en este período. Los habitantes de la civilización del valle del Indo usaban algodón para su ropa entre el quinto y el cuarto milenio antes de Cristo. En este tiempo los textiles de algodón fueron tejidos en la India con una habilidad incomparable. Las telas de algodón se encuentran también en las tumbas del Perú y se dice que pertenecen a una cultura pre-inca. El color y la textura de los tejidos antiguos peruanos y mexicanos se parecen a los encontrados en las tumbas egipcias. Las primeras evidencias de la producción de seda se localizan en China, están en los sitios de la cultura Yangshao, donde fueron encontrados capullos de Bombyx mori (el gusano de seda domesticado), con una antigüedad de entre 5000 y 3000 aC. Fragmentos de telares primitivos y trozos de seda se encontraron también en los sitios de las culturas Hemudu y Liangzhu que datan alrededor de 4000 y 2700 a.C. Otros fragmentos han sido recuperados de las tumbas reales de la dinastía Shang (hacia 1600 1046 a.C). En la antigüedad clásica el vestido consistía en una tela sin coser que cubría al cuerpo de varias maneras. La ropa griega era de lienzos de lana o lino, generalmente rectangulares llamados chitones, afianzados por los hombros con alfileres adornados y ceñidos con un cinturón. La usaban los hombres hasta Las rodillas y las mujeres hasta los tobillos. Un lienzo más largo y ligero llamado himatión se llevaba encima. En la antigua Roma los hombres usaban la toga, fue también un trozo de lana, lino, cáñamo ó algodón, envuelto alrededor del cuerpo de varias formas; se unía por los hombros y los lados, y tenía mangas cosidas. Las mujeres llevaban una estola ó túnica hasta los tobillos, con un chal como prenda exterior. Al tiempo de Justiniano la toga romana fue sustituida por una túnica larga para ambos sexos, sobre la cual las clases altas llevaban varias otras prendas, como la dalmática (manto corto fijado al hombro derecho).

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II La ropa y los textiles europeos medievales cambiaron gradualmente entre los años 400 – 1100 dC. Dependiendo de su identificación con la población romanizada y la iglesia, ó con los invasores francos, sajones ó visigodos, mismos que en general llevaban túnicas cortas con cinturones, pantalones y visibles polainas. La élite europea empezó a usar tela de seda importada de los bizantinos y algodón de los musulmanes. Podían darse e lujo de blanquearlos, teñirlos ó bordarlos con dibujos propios. Las clases bajas usaban lana de producción local o casera, a menudo sin teñir, adornada con bandas decoradas indistintamente según como se integraban en el telar. La prendas de vestir del los siglos XII y XIII fueron muy sencillas y bastante uniformes tanto para hombres como mujeres: una túnica corta para la clase obrera y la túnica larga con capa para la clase alta. En este tiempo se vió un gran progreso en la tintura y el trabajo de la lana, que fue el material más importante para el uso exterior, ya que el lino era cada vez más requerido para la ropa que estaba en contacto directo con la piel, porque podría ser lavado y blanqueado al sol. Las materias primas de algodón, eran importadas de Egipto y otros lugares, y se empleaban, pero para relleno y acolchado. Alrededor de 100 aC, las prendas de vestir de la élite china eran de seda en vivos colores primarios. China intercambio sus productos textiles de lujo en la llamada Ruta de la Seda, a través de una serie de vías comerciales que fueron fundamentales para la transmisión cultural e interacción entre el Continente Asiático y Occidente mediante comerciantes, peregrinos, monjes, soldados, nómadas y los habitantes urbanos de China y el Mar Mediterráneo. Los Cruzados que regresaban a Europa Occidental, llevaron consigo el conocimiento de las telas finas, como la seda, que era un lujo muy caro. Los acomodados podían permitirse brocados tejidos de Italia ó incluso de más lejos. Las telas de moda italiana de este periodo se caracterizaban por la repetición de patrones de redondeles y animales, derivados de la seda otomana y de la dinastía Yuan de China a través de la Ruta de la Seda. El siglo XIV marca en Europa el cambio de la moda de forma reconocible. La ropa envuelta fue reemplazada por costuras curvas y prendas de colores contrastantes. Se introduce también el uso de cordones y botones, dando así comienzo a la sastrería, que fue especialmente popular en la corte inglesa. La lana se mantuvo como la más popular, seguida por el lino y el cáñamo. Los tejidos de lana estaban disponibles en una amplia gama de calidades, desde tejidos sin teñir en bruto, hasta los teñidos con ricos colores, especialmente los rojos, verdes, dorados y azules.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II La seda ya estaba bien establecida en todo el Mediterráneo, éstas y los terciopelos se encontraban a menudo con tramas de plata y oro. Fueron cada vez más populares en la vestimenta de los ricos de toda Europa. Los diseños florales que llegaron desde China se convirtieron en la moda dominante. Las clases medias urbanas, incluidos los trabajadores cualificados, comenzaron a usar ropa más compleja que surgía de las modas establecidas por las élites. Las variaciones nacionales en la ropa, se reafirmaron durante ese siglo. En la primera mitad del siglo XVI, la ropa de los Países Bajos, Alemania y Escandinavia se había desarrollado en una dirección diferente que la de Inglaterra, Francia e Italia, aunque a todos los absorbió la influencia moderadora y formal del vestido español a partir del 1500, que consistìa en el predominio del negro. El encaje de bolillos surgió a la mitad del siglo XVI, probablemente en Flandes. Este siglo vió también el surgimiento de la gola (voletera inmensa alrededor del cuello con soportes de alambre). A la vuelta del siglo XVII, una aguda distinción se veía entre la moda sobria de los protestantes en Inglaterra y los Países Bajos que aún mostraba la influencia española y el relevo de la moda de los tribunales franceses e italianos. Hubo gran florecimiento del encaje de punto en reticelas geométricas en este período, mismo que refleja el desplazamiento de los diseños florales hacia el bordado. Grandes centros de encajes se establecieron en Francia. En la segunda mitad de ese siglo, la fuerza textil se convirtió en un pilar económico muy importante. La terminación del siglo XVIII y el primer cuarto del siglo XIX registraron un proceso de honda transformación que se caracterizó por el nacimiento de la industria textil mecanizada. Los textiles se volvieron productos de consumo masivo que se vendieron en grandes cantidades. Surgieron las máquinas de coser. La industria textil generó gran cantidad de empleos directos e indirectos y tuvo un peso importante en la la moda y la economía mundial. Las fibras sintéticas se inventaron en el siglo XX. La industria de la fibra sintética se inició con la primera producción comercial de rayón en 1910. Junto a estos acontecimientos surgieron cambios en los tipos y el estilo de la ropa usada hasta entonces por los seres humanos. La década 1950 – 1960, tuvo una gran influencia en la evolución posterior de esta industria, que cerca de inicio a la industria de la fibra. Es importante entender que todas las fibras sintéticas fabricadas no son iguales. Cada una tiene una composición única y su propio conjunto de 215

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II propiedades físicas. Se les han establecido nombres genéricos y definiciones manufacturación tales como: acetato, acrílico, lyocell, modacrílic, nylon, poliéster, polipropileno, rayón ó spandex. Hoy en día, se desarrollan muchas fibras sintéticas que reciben un nombre de marca y son propiedad del productor. Su generación ha repercutido en la fabricación de hermosas telas que están siendo utilizadas por los mejores diseñadores del mundo.

ACTIVIDAD DE ANÁLISIS De acuerdo con lo expuesto en la lectura anterior, contesta las siguientes preguntas. Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor. 1. En que estriba la importancia de los textiles: 2. ¿Identifica los materiales que menciona la lectura con los que se pueden elaborar textiles? 3. ¿Qué propiedades tienenen común? 4. Desde tu punto de vista: ¿Cuáles son las ventajas y cuáles las desventajas de los textiles sintéticos? ACTIVIDAD DE INDAGACIÓN Contesta las preguntas en un cuaderno y comentalas con tu asesor: 1. ¿Qué significan los términos monómero y polímero? 2. ¿Qué son las macromoléculas? ¿Cuál es su importancia? ¿Cómo se clasifican? 3. ¿Qué diferencia existe entre los términos natural y artificial? 4. Dentro del estudio de la Química: ¿En qué consisten los procesos de síntesis?

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II INTRODUCCIÓN En el Bloque anterior estudiaste a las moléculas orgánicas. En el desarrollo de este nuevo material de estudio te darás cuenta cómo algunas de estas moléculas tienen la capacidad de unirse entre sí con enlaces covalentes, para formar otras aún más grandes, incluso gigantes, denominadas macromoléculas, muchas de las cuáles son de gran interés biológico e industrial. Es difícil imaginar el mundo sin la existencia de las macromoléculas. Algunas de ellas provienen directamente de los seres vivos (almidón, seda, hule, cuero, celulosa, etc.), otras, llamadas artificiales, son el resultado de modificaciones a ciertas macromoléculas naturales mediante procesos químicos (nitrocelulosa, etonita, etc.), ó bien, las sintéticas, obtenidas por procesos controlados a partir de materias primas de bajo peso molecular (cerámica, vidrio, plásticos, nylon, etc.). A las macromoléculas se les conoce también como polímeros. Provienen de las palabras griegas poly y mers, que significa muchas partes. Se forman de un gran número de unidades denominadas monómeros. Los monómeros, como ya se mencionó, son moléculas generalmente orgánicas de bajo peso molecular, que se unen repetidamente a otras, iguales ó diferentes. En el caso de que el polímero provenga de un único tipo de monómero se denomina homopolímero y si proviene de varios monómeros se llama copolímero o heteropolímero. En los heteropolímeros los monómeros pueden distribuirse de diferentes maneras, particularmente en los polímeros naturales. La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denomina polimerización. Durante este proceso pueden adquirir distintas estructuraciones: algunos son largos y lineales (parecen fideos), otros tienen ramificaciones, algunos más se asemejan a las escaleras de mano y otros son como redes tridimensionales. Como los polímeros son mezclas de moléculas de distintos pesos y en proporciones desiguales, sus propiedades dependerán de la masa molecular promedio y la distribución de los monómeros que los conforman. Por ejemplo, si un polímero presenta entrecruzamientos, el material será más difícil de fundir que si no presentara ninguno.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II La mayor parte de los polímeros que empleamos en nuestro diario vivir, son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas. Su presencia representa una gran contribución de la ciencia y de la tecnología hacia la humanidad, sin embargo, también se han vuelto un problema y un riesgo a nivel ambiental. Esto no hace que los polímeros naturales sean menos importantes; de hecho, en muchos sentidos, son más importantes. Mucho antes de que existieran los plásticos y los polímeros sintéticos, remontándonos a los mismos orígenes de la Tierra, la naturaleza se valía de los polímeros naturales para hacer posible la vida. A medida que vayas observando más de cerca de cada miembro de las familias de polímeros naturales, recuerda que la naturaleza nos gana por mucho. Uno de los trabajos del científico es averiguar cómo la naturaleza hace un determinado trabajo, para así poder imitarla. Aún nos queda un largo camino por recorrer, averiguando cosas que nos conduzcan a una variedad de importantes desarrollos, incluyendo la medicina y la bioquímica. La ciencia de polímeros es una de las áreas que más nos pueden ayudar a comprender y emplear el conocimiento que obtenemos a partir del estudio de la naturaleza, pero en forma responsable.

V.1. POLÍMEROS NATURALES A las moléculas que juegan un papel impotante en todos los procesos biológicos se les denomina biomoléculas. Los polímeros de origen natural estan inmersos en esta clasificación. Los polimeros naturales se sintetizan por la acción de las enzimas. Las enzimas son moléculas especializadas que tienen el cometido de armar, desarmar ó reajustar a otras moléculas presentes en su entorno, con el fin de completar los procesos metabólicos. Los polímeros naturales más representativos son los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucléicos. V.1.1 CARBOHIDRATOS Los carbohidratos son los compuestos orgánicos más abundantes de la naturaleza y están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno. Se les conoce también como glúcidos ó azúcares, por su sabor dulce, aunque en realidad sólo los de bajo peso molecular lo presentan. De manera general, se sintetizan y 218

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II metabolizan como fuente nutricia para la mayoría de los organismos y como material estructural en las plantas. Químicamente los carbohidratos son aldehídos ó cetonas que tienen en su estructura varios grupos alcohol (mínimo dos). Las plantas los elaboran mediante el fenómeno bioquímico denominado fotosíntesis, a través del cuál el bióxido de carbono (CO 2) y el agua (H2O), se transforman en glucosa y oxígeno, con la ayuda de la luz solar como fuente de energía y la presencia del pigmento clorofila en los tejidos verdes: 6CO2+6H2O luz y clorofila 6º2 +C6H12O6 (Glucosa)

(fructosa, almidón, celulosa...)

La glucosa es la molécula matríz de esta familia de compuestos. Esta molécula puede ser oxidada a gas carbónico y agua por medio de las células que necesitan obtener energía, durante el proceso de respiración. Puede también ajustar el orden de los átomos que la conforman para dar orígen a otras moléculas de peso equivalente denominadas Monosacáridos, ó bien, puede unirse con otras para formar moléculas que van haciéndose cada vez más complejas denominadas Oligosacáridos, hasta llegar a las de alto peso molecular denominadas Polisacáridos. En el siglo XIX se hicieron grandes esfuerzos para determinar la estructura de los azucares naturales y se encontraron formas de obtener azucares con mayor ó menor números de átomos de carbono a partir de los azucares más abundantes. 2. Monosacáridos Son los carbohidratos más simples y corresponden a aquéllos en los que el grupo aldehído ó cetona se encuentra una sola vez dentro de la molécula. Cuando tienen aldehído, se llaman aldosas y cuando tienen cetona, se llaman cetosas. Por otro lado, estos azúcares tienen generalmente entre 3 y 7 átomos de carbono en su cadena, por lo que se les denomina con el prefijo numérico correspondiente como triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas. Con frecuencia se emplea una fusión de ambos términos.

Ejemplos.-

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Los monosacáridos son sustancias blancas, con sabor dulce, cristalizables y solubles en agua. Se oxidan fácilmente, transformándose en ácidos, por lo que se dice que poseen poder reductor (cuando ellos se oxidan, reducen a otra molécula). Muchos monosacáridos como la glucosa, fructosa, galactosa y manosa tienen nombres triviales aceptados por la IUPAQ. Pueden presentar distintos tipos de isomería y algunos de ellos encontrarse con estructura ciclada. La estructura ciclada se consigue en aldopentosas y hexosas en disolución. El enlace de ciclación se genera entre el carbono que posee el grupo funcional y el carbono asimétrico más alejado del grupo funcional. Las moléculas cicladas pueden adquirir el aspecto de un pentágono, en cuyo caso se llamarán Furanosas o de un hexágono, y entonces se llaman Pïranosas. Además de la ya mencionada glucosa, otros monosacáridos son importantes en nuestro entorno, como la fructosa, la galactosa, la ribosa y la desoxirribosa, entre otros muchos. La fructosa, o levulosa, es una forma de azúcar encontrada en las frutas y en la miel. Es un monosacárido con la misma fórmula empírica que la glucosa pero con diferente estructura. Se ha utilizado tradicionalmente como edulcorante para los diabéticos. La galactosa es sintetizada por las glándulas mamarias para producir lactosa, que es un disacárido formado por la unión de glucosa y galactosa. El mayor aporte de galactosa en la nutrición proviene de la ingesta de leche. La ribosa y la desoxirribosa, son componentes fundamentales de los ácidos nucléicos.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 2. Oligosacáridos A través de las enzimas, existe la posibilidad de unión entre monosácáridos a modo de unidades monoméricas, por medio de un enlace denominado glicosídico. Si se encuentran unidas de dos a diez de éstas unidades conforman a los compuestos llamados oligosacáridos. Según el número de monómeros presentes en la molécula se nombran con el prefijo numérico correspondiente como disacáridos, trisacáridos, tetrasacáridos, etc. En nuestro entorno, los disacáridos son los más conocidos. Algunos ejemplos de ellos son la sacarosa, la maltosa y la lactosa. La sacarosa ó azucar de caña es un disacárido muy distribuido en la naturaleza. Corresponde a la unión de una glucosa y una fructosa. Es un compuesto cristalizable soluble en agua de sabor dulce. Se encuentra en la savia y tejidos de muchos vegetales como la zanahoria, la remolacha, el plátano, la fresa y la piña.

A la maltosa se le llama también azúcar de malta, ya que aparece en los granos germinados. En el comercio se encuentra la levadura seca activa y la levadura comprimida. La lactosa ó azucar de la leche, está formada por la unión de una molécula de glucosa y una de galactosa. Se encuentra de forma exclusiva en la leche de todos los mamíferos y es el alimento principal de los lactantes. No es muy dulce pero su sabor es agradable. 3. Polisacáridos También el enlace glucosídico puede repetirse por miles de veces, dando forma a los polímeros denominados polisacáridos. Los polisacáridos existen en abundancia en plantas y animales como reservas nutricias, es decir, como energía potencial almacenada, o bien, como componentes importantes de 221

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II tejidos de sostén de las plantas. Los polisacáridos más importantes son el almidón, el glucógeno y la celulosa. Polímeros como el almidón (en vegetales) y el glucógeno (en animales),

permanecen en calidad de reserva energética para la recuperación de glucosa cuando ésta es requerida para gasto de energía. La celulosa es otro polímero que se encuetra presente en fibras como la de lino y algodón que se usan para elaborar textiles y otros materiales como la fibra artificial llamada acetato de celulosa La madera contiene también celulosa, es su principal componente. Se emplea en la industria de la construcción, la fabricación de papel y como combustible.El almidón es el principal polisacárido de reserva de la mayoría de los vegetales, y la principal fuente de calorías de la mayoría de la Humanidad. Es importante como constituyente de los alimentos en los que está presente, tanto desde el punto de vista nutricional como tecnológico. Gran parte de las propiedades de la harina y de los productos de panadería y repostería pueden explicarse conociendo el comportamiento del almidón. Además el almidón, aislado, es un material importante como material gelificante en diversas industrias, entre ellas la alimentaria. A nivel mundial, son importantes fuentes de almidón el maíz, trigo, patata y mandioca. A escala local, o para aplicaciones especiales, se obtiene también almidón de la cebada, avena, centeno, sorgo, sagú, guisante, batata y arroz. La celulosa es un polisacárido estructural en las plantas ya que forma parte de los tejidos de sostén. La pared de una célula vegetal joven contiene aproximadamente un 40% de celulosa; la madera un 50 %, mientras que el ejemplo más puro de celulosa es el algodón con un porcentaje mayor al 90%.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II A pesar de que está formada por glucosas, los animales no pueden utilizar la celulosa como fuente de energía, ya que no cuentan con la enzima necesaria para romper la forma de unión de sus enlaces (β beta) glucosídicos, es decir, no es digerible por los animales; sin embargo, es importante incluirla en la dieta humana (fibra dietética) porque al mezclarse con las heces, facilita la digestión y defecación, así como previene los malos gases. El glucógeno, es un polisacárido de reserva energética de los animales, formado por cadenas ramificadas de glucosa; es soluble en agua, en la que forma dispersiones coloidales. Abunda en el hígado y en el músculo.

V.1.2 LÍPIDOS Los lípidos son sustancias brillosas y untuosas al tacto, menos densas que el agua y malas conductoras del calor y la electricidad. Están constituídas básicamente por carbono e hidrógeno y contienen oxígeno en proporciones muy bajas. Están muy poco relacionados entre sí químicamente, sólo tienen en común ser insolubles en agua u otros disolventes polares, pero presentar alta solubilidad en solventes no polares u orgánicos como benceno, éter, cloroformo, acetona, etc. La naturaleza heterogénea de los lípidos, impide hacer una clasificación con cierta lógica. Sin embargo, considerando algunas de sus caracteristicas estructurales y funcionales, se componen de: 1. Ácidos grasos.- Estos tipos de moléculas son ácidos orgánicos con un alto número de átomos de carbono (de 12 en adelante), siempre en número par. Forman cadenas lineales sin ó con muy escasas ramificaciones. Pueden presentar instauraciones, es decir, dobles enlaces de carbono en la cadena. 2. Glicéridos.- Son ésteres que forman los ácidos grasos con alcoholes pequeños, principalmente con la glicerina. Si los ácidos grasos son iguales, a dicho compuesto se le denomina triglicérido y si están formados por ácidos grasos distintos se les llama trigliceroles mixtos, los cuáles son abundantes 223

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II desde el punto de vista natural. Por lo general a los triglicéridos sólidos se les llama grasas y a los líquidos aceites. Muchos de las grasas y aceites que se extraen de fuentes animales y vegetales son una mezcla de ácidos grasos y triglicéridos. Generalmente los de los vegetales y animales de sangre fría son ricos en ácidos grasos insaturados y los de animales de sangre caliente lo son en ácidos grasos saturados. El término omega se emplea para indicar posiciones de los dobles enlaces a partir del extremo CH3 de la cadena, la que no tiene ácido. Los ácidos grasos que debemos consumir en nuestra dieta deben ser insaturados. Las grasas saturadas son almacenadas por el cuerpo debido a que son una fuente de energía que será utilizada en tiempos difíciles, pero generarán problemas de salud si se les consume en exceso. 3. Ceras.- Son ésteres de ácidos grasos con alcoholes que contienen de 12 a 30 átomos de carbono. Recubren hojas, frutas, plumas y pieles de muchos animales como la cera de abeja y el esperma de ballena. Tienen varias aplicaciones, como lacera de carnauba que se emplea en la fabricación de ceras para autos, pulidores de superficies e impermeabilizantes. 4. Lípidos complejos.- Algunos son ésteres de ácidos grasos y glicerol donde uno de los grupos OH forma un éster con ácido fosfórico. Se encuentran como parte constitutiva de las membranas celulares. Estas sustancias son suceptibles de oxidación por la acción del oxígeno en el proceso de respiración, lo que causa degradación y con ello el envejecimiento y la muerte celular, por lo que es preciso tener una dieta que sea rica en sustancias antioxidantes.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Otro es el caso de las lecitinas, donde el segundo éster se forma con un alcohol llamado colina [HOCH2CH2N(CH3)3]. Estos compuestos se usan como aditivos en cierots alimentos como las mayonesas y aderezos, para evitar que los componentes acuosos y grasos de los mismos se separen.

5. Glucolípidos y Esfingolípidos.- Este tipo de lípidos son un caso especial donde el glicerol es reemplazado por un alcohol llamado esfingosina, ó por un carbohidrato (glúcido). Este tipo de compuestos también se encuentran como estructuras de membrana en las células. Dentro del cuerpo humano están en cantidades importantes, en el cerebro, en el tejido nervioso y en el bazo, mientras que en los alimentos, en la yema de huevo. En el sistema nervioso, pues estan involucradas en la recepción, transmisión y decodificación de las señales eléctricas que llegan y salen del cerebro. 6. Esteroides.- Son moléculas policíclicas de alto peso molecular que se encuentran en tosos loa animales y plantas. Su función en los organismos es muy importante ya que forman parte de los ácidos biliares, las hormonas sexuales y las de la corteza suprarrenal, se encuentran también en algunas vitaminas liposolubles como la D.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 7. Cromolípídos.- Son lípidos que contienen un pigmento colorido en su estructura. Las zanahorias, las hojas verdes de las plantas y las algas son muy ricas en estas sustancias.

V.1.3 PROTEÍNAS La palabra proteína proviene de la raíz griega protos, que significa "lo primero o lo más importante". Son el componente clave de cualquier organismo vivo y forman parte de cada una de sus células y son para nuestro organismo lo que los ladrillos para un edificio.

Son grandes moléculas que además de carbono, hidrógeno y oxígeno, contienen nitrógeno (aproximadamente un 16%), aunque también podemos encontrar, en alguna de ellas, azufre, fósforo, hierro y cobre. La parte más pequeña en que pueden dividirse son los aminoácidos. Estos aminoácidos son como las letras del abecedario, que con un número determinado se pueden formar infinidad de palabras. Existen 20 aminoácidos y con ellos se forman todas las proteínas a través de enlaces peptídicos. La mayoría de los aminoácidos pueden sintetizarse unos a partir de otros, pero existen los denominados aminoácidos escenciales, que no pueden ser sintetizados y deben obtenerse de la dieta habitual. El conjunto de aminoácidos escenciales es diferente para cada especie. En función de sus características químicas, los aminoácidos se clasifican en: 1. Aminoácidos no polares.- Son los aminoácidos cuyo grupo –R es no polar, esto es, que no poseen cargas eléctricas porque poseen largas cadenas hidrocarbonadas. Si estos aminoácidos se encuentran de forma abundante en una proteína, la hacen insoluble en agua. 2. Aminoácidos polares no ionizables.- Poseen grupos con cadenas hidrocarbonadas en las que hay funciones polares, como son los grupos –OH y –SH. Al contrario del grupo anterior, si una proteína los contiene, será soluble en agua.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 3. Aminoácidos polares ácidos.- Son los que contienen más de un grupo ácido -COOH. Las proteínas que los contienen, cuando están en soluciones de pH básico, se encuentran cargadas negativamente. 4. Aminoácidos polares básicos.- Son los que contienen más de un grupo amino –NH2. Las proteínas que los contienen, cuando están en soluciones neutras ó de pH ácido, se encuentran cargadas positivamente.

LOS 20 AMINOÁCIDOS ESENCIALES

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Las proteínas son quizás los compuestos orgánicos más complejos que produce la naturaleza. De hecho las proteínas no sólo representan importantes fuentes de alimento, sino que además juegan papeles biológicos y fisiológicos vitales, ya que pueden actuar como: 1. Enzimas.- Actúan como catalizadores en las reacciones bioquímicas de las células. 2. Hormonas.- Vitales para la regulación de los procesos metabólicos. 3. Inmunológica.- Ayudan a la protección contra la invasión de sustancias extrañas a través de proteinas llamadas anticuerpos. 4. Material Estructural.- Constituyen los tejidos corporales. 5. Reserva.- Pueden usarse con este fin en casos especiales, por ejemplo, en el desarrollo embrionario, en la albúmina del huevo, la caseína de la leche ó la gliadina del trigo. 6. Transporte.- Algunas proteínas facilitan y llevan a cabo el transporte de gases, como es el caso de la hemoglobina ó la seroalbúmina en la sangre. Conforme se van uniendo los aminoácidos y se forman las proteinas, la cadena polipeptídica se pliega de tal manera que adquiere una estructura tridimensional específica. Así, se tienen varias estructuras de las proteínas que involucran diferentes fuerzas que las mantienen estables. La actividad biológica de estas macromoléculas está intimamente relacionadas con su estructura tridimensional específica.

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Debido a que las proteínas son tan complejas y diversas, se pueden clasificar de muchas formas. Una clasificación práctica es la que considera la naturaleza de sus productos de hidrólisis:

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II V.1.3 ÁCIDOS NUCLÉICOS Los ácidos nucleicos son polímeros formados por la repetición de monómeros llamados nucleótidos que se unen mediante enlaces llamados fosfodiéster. Forman largas cadenas llamadas polinucleótidos, lo que hace que algunas de estas macromoléculas lleguen a alcanzar tamaños gigantes de millones de unidades. Los nucleótidos a la vez, son moléculas orgánicas formadas por la unión covalente de un monosacárido de cinco carbonos (pentosa), una base

nitrogenada y un grupo fosfato.

Existen dos tipos de ácidos nucleicos: ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico), que se diferencian: 

Por el glúcido (pentosa) que contienen: la desoxirribosa en el ADN y la ribosa en el ARN.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II  



Por las bases nitrogenadas que contienen: adenina, guanina, citosina y timina, en el ADN; adenina, guanina, citosina y uracilo, en el ARN; En los organismos eucariotas, la estructura del ADN es de doble cadena, mientras que la estructura del ARN es monocatenaria, aunque puede presentarse en forma extendida, como el ARNm, o en forma plegada, como el ARNt y el ARNr, y En la masa molecular: la del ADN es generalmente mayor que la del ARN.

El modelo de la doble hélice establece que las bases nitrogenadas de las cadenas se enfrentan y establecen entre ellas uniones del tipo puente de hidrógeno. Este enfrentamiento se realiza siempre entre una base púrica con una pirimídica, lo que permite el mantenimiento de la distancia entre las dos hebras. La Adenina se une con la timina formando dos puentes de hidrógeno y la citosina con la guanina a través de tres puentes de hidrógeno. El modelo de Watson y Crick, describe a la molécula del ADN como una doble hélice, enrollada sobre un eje, como si fuera una escalera de caracol y cada diez pares de nucleótidos alcanza para dar un giro completo.

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La importancia de los ácidos nucléicos estriba en que la información genética o genoma, está contenida en estas moléculas. El ADN guarda la información genética en todos los organismos celulares, el ARN es necesario para que se exprese la información contenida en el ADN, aunque en los virus podemos encontrar tanto ADN como ARN conteniendo la información (uno u otro nunca ambos). Son los responsables de la herencia tanto en el espacio (coordinando y dirigiendo la química celular a través de la síntesis de proteínas) como en el tiempo (transmitiendo los caracteres biológicos de una generación a otra en los procesos reproductivos).

V.2. POLÍMEROS SINTÉTICOS Los polímeros naturales se han empleado profusamente y han tenido mucha importancia a lo largo de la historia. Fue hasta finales del siglo XIX que aparecieron los primeros polímeros sintéticos, mismos que se obtuvieron a través de las transformaciones de polímeros naturales. En 1839 Charles Goodyear realizó el vulcanizado del caucho. El nitrato de celulosa se sintetizó accidentalmente en el año 1846 por el químico Christian Friedrich Schönbein y en 1868, John W. Hyatt sintetizó el celuloide a partir de nitrato de celulosa. El primer polímero totalmente sintético se obtuvo en 1909, cuando el químico belga Leo Hendrik Baekeland fabricó la baquelita a partir de formaldehído y fenol. Otros polímeros importantes se sinterizaron en los años siguientes, como por ejemplo el poliestireno (PS) o el policloruro de vinilo (PVC).

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II En 1922, el químico alemán Hermann Staudinger comienzó a estudiar los polímeros y expone su hipótesis de que se trata de largas cadenas formadas de unidades estructurales (monómeros) acopladas por enlaces covalentes. Este concepto se convirtió en fundamento de la química macromolecular. La Segunda Guerra Mundial contribuyó al avance en la investigación de polímeros. Por ejemplo, fue muy importante la sustitución del caucho natural por caucho sintético. En la segunda mitad del siglo XX se desarrollaron nuevos métodos de obtención de polímeros y sus aplicaciones, como fibras de alta resistencia, polímeros conductores, polímeros cristales líquidos, etc. Los polímeros sintéticos se obtienen al unir monómeros por simples unidades repetidas. Según el mecanismo por el cual se produce la reacción de polimerización para dar lugar al polímero, ésta se clasifica como polimerización por pasos (condensación) ó polimerización en cadena (adición).

V.2.1 POLÍMEROS DE ADICIÓN Se forman por reacciones de adición de compuestos insaturados que contienen dobles o triples enlaces entre carbón y carbón. Cuando este tipo de polimerización se realiza con un solo tipo de monómero se denominan homopolímeros. Un ejemplo de ello es el poliestireno, que es un material muy estable que se emplea para envolturas, formado por unidades de estireno.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II Si se polimerizan monómeros distintos se obtienen los llamados copolímeros. Como ejemplo se tiene el estireno que se copolimeriza con butadieno para preparar caucho sintético, el cuál se consume en grandes cantidades para fabricar neumáticos.

V.2.1 POLÍMEROS DE CONDENSACIÓN Cuando se unen monómeros con grupos funcionales diferentes, pueden formar, poco a poco, una larga cadena de polímero por medio de la eliminación de alguna molécula pequeña, que por lo regular es agua. Entre los polímeros de condensación destacan el nylon, obtenido por la unión de un ácido carboxílico y una amina para formar un enlace aminídico. Del mismo modo se obtienen los poliésteres, que surgen de la condensación de un ácido carboxílico con un alcohol. Otros polímeros de condensación importantes son los poliuretanos y la baquelita. Los primeros son empleados para fabricar espumas de relleno de almohadas y cojínes, y la baquelita que se emplea en la fabricación de mangos de herramientas y utensilios de cocina. Ejemplos de algunos polímeros

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Atendiendo a sus propiedades y usos finales, los polímeros pueden clasificarse en:  Elastómeros. Son materiales con muy bajo módulo de elasticidad y alta extensibilidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. En cada ciclo de extensión y contracción los elastómeros absorben energía, una propiedad denominada resiliencia.  Plásticos. Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original. Hay que resaltar que el término plástico se aplica a veces incorrectamente para referirse a la totalidad de los polímeros.  Fibras. Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables.  Recubrimientos. Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión.  Adhesivos. Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial.

ACTIVIDAD DE APLICACIÓN 1. Coloca en los espacios vacíos, la palabra que corresponda de acuerdo al enunciado: Opciones: ELASTÓMEROS MONOSACÁRIDOS POLÍMEROS SINTÉTICOS PROTEÍNAS POLISACÁRIDOS ENZIMAS POLÍMEROS PROTEÍNAS CONJUGADAS POLÍMEROS DE CONDENSACIÓN PROTEÍNAS CONJUGADAS OLIGOSACÁRIDOS ÁCIDO RIBONUCLÉICO POLÍMEROS NATURALES GLICÉRIDOS CARBOHIDRATOS LÍPIDOS COMPLEJOS ÁCIDOS NUCLÉICOS NUCLEÓTIDOS

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Contienen de 2 a 10 unidades monoméricas unidas por medio de enlaces glucosídicos. Es necesario para que se exprese la información genética. Actúan como catalizadores en las reacciones bioquímicas de las células. El almidón, seda, hule, cuero y celulosa son ejemplos de ellos. Generalmente en los vegetales son líquidos y en animales de sangre caliente sólidos. Se forman gracias a la unión de monómeros a través del enlace fosfodiéster. Moléculas orgánicas de bajo peso molecular repetidamente.

que se unen

Materiales que se deforman al someterlos a un esfuerzo, pero que recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. Químicamente son aldehídos ó cetonas que tienen en su estructura varios grupos alcohol. Ésteres de ácidos grasos y glicerol, donde uno de los grupos OHforma un éster con ácido fosfórico. Son sustancias blancas con sabor dulce, cristalizables y solubles en agua. Se conforman gracias a un enlace denominado peptídico. Formados por la unión covalente de una pentosa, una base nitrogenada y un fosfato. Existen en abundancia como energía potencial almacenada y en los tejidos de sostén en plantas. El nylon, poliuretano, baquelita y poliéster son ejemplos de ellos. Adquieren una forma más ó menos esférica y son solubles en agua. Unión de monómeros por simples unidades repetidas por medio de reacciones de adición ó condensación. Sustancias que por hidrólisis producen aminoácidos y sustancias no protéicas.

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COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II ACTIVIDAD DE INDAGACIÓN 1. Desarrolla un ensayo acerca de las propiedades que presentan tres de los polímeros naturales y tres de los sintéticos (a tu elección) y comentalo con tu asesor. ACTIVIDAD DE APOYO O RETROALIMENTACIÓN EXPERIMENTO 1: OBSERVACIÓN DEL ADN Puedes solicitar el apoyo de tu asesor. Realiza tus anotaciones y conclusiones en un cuaderno. El ADN es una de las partes fundamentales de los cromosomas. Los cromosomas químicamente están formados por proteínas y por el Ácido Desoxiribonucleico o ADN. El objetivo principal de este experimento es el de poder observar sin ayuda de ningún instrumento óptico (microscopio) el ADN, utilizando únicamente materiales caseros cuyo costo no sea alto.

MATERIALES        

Hígado de pollo Detergente líquido Enzimas (suavizador de carne en polvo o jugo de papaya) Alcohol blanco Licuadora Recipiente de vidrio o plástico Vaso de precipitados o cualquier vaso con graduaciones (para bebés) Colador

DESARROLLO DEL EXPERIMENTO Procedimiento: 1. Corta en pequeños trozos el hígado de pollo, luego colócalo en la licuadora y vierte suficiente agua como para que, al cabo de 10 segundos de licuar, se obtenga la consistencia de una crema. 2. Por medio de un colador separa algunas partes que no se hayan licuado lo suficiente. Vierte el licuado en un recipiente que tenga graduaciones (vaso de precipitados). 3. Mide el licuado en el recipiente y añade ¼ de detergente líquido del total del licuado. 238

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II 4. Añade una cucharada de enzimas y mezcla con cuidado y lentamente por unos 5 minutos. Si mezclas con demasiada rapidez o con mucha fuerza se corre el peligro de romper el ADN, con lo que no podrías observarlo. 5. Vierte la mezcla en un recipiente alto y delgado hasta la mitad. 6. Ladea el recipiente y añade alcohol con mucho cuidado, evitando que se mezcle con el líquido de abajo. 7. Luego de unos minutos se podrán observar unos filamentos blancos dentro del alcohol, que se elevan de la mezcla de hígado, detergente y enzimas. ¡Estarás observando el ADN! OBSERVACIONES Se ha usado una licuadora para separar las células unas de otras, en esto ayuda también el detergente. Las

emzimas destruyen a las células y hacen posible que se pueda ver el ADN que contienen. EXPERIMENTO 2: FABRICACIÓN DE UN BIOPOLÍMERO Ó BIOPLÁSTICO Puedes solicitar el apoyo de tu asesor. Realiza tus anotaciones y conclusiones en un cuaderno. Los biopolímeros son plásticos derivados del almidón de maíz. Se trata de un material revolucionario que se propone como una alternativa al plástico petroquímico. Su principal característica es que puede degradarse en el medio ambiente como lo hace la materia orgánica. Cada vez más los plásticos de los embalajes son reemplazados por los plásticos de los biopolímeros.     

MATERIALES 2.5 gramos de almidón de maíz ó fécula de patata 20 ml de agua 2 ml. de glicerina 3 ml. de ácido clorhídrico 3 ml. de una solución de hidróxido de sodio 239

COLEGIO DE BACHILLERES DE COAHUILA SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA Química II  1 placa de vidrio  0.5 ml. de colorante alimentario (opcional)  1 Baño María Mezcle en un recipiente preferiblemente de vidrio todos los ingredientes, excepción del hidróxido de sodio y mezcle. Coloque la mezcla en baño maría por 15 minutos en agitación constante. La solución se pondrá viscosa, para neutralizarla, agregue el hidróxido de sodio y mezcle perfectamente. Vierta el contenido sobre la placa de vidrio y extiéndala lo más homogénea posible, tratando de hacer una película uniforme. Coloque la placa de vidrio en un horno a no más de 100 grados centígrados durante hora y media. Déjelo luego secar al aire libre. Tu lámina de biopolímero vegetal está lista. Cambiando el tipo de almidón, se pueden investigar diferentes resultados.

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BIBLIOGRAFÍA 1. QUÌMICA CHANG, Chang Raymond, McGraw Hill Interamericana Editores S.A. de C.V., Séptima Edición, México D.F. 2002, páginas 601-620, 977-997. 2. QUIMICA GENERAL, Recio Del Bosque Francisco, McGraw Hill Interamericana Editores S.A. de C.V., México D.F. 1998, páginas 14-22, 39-92. 3. QUÌMICA II Acorde a Programas DGB, Garcìa Becerril Marìa de Lourdes, McGraw Hill Interamericana Editores S.A. de C.V., México D.F. 2002, páginas 39, 47-68, 97-205. 4. QUÌMICA 2 Basado en Competencias, Paleo González Ehécatl Luis, Jaime Vasconcelos Miguel Ángel, Quintanilla Bravo Maritza, Editorial Progreso S.A. de C.V., Mèxico D.F. 1ª. Edición 2009, páginas 71-84, 109-163, 191-217. EN LINEA

http.//www.ciencia.net/ http://genesis.uag.mx/edmedia/material/quimicaII/ http://www.kalipedia .com/ http://images.google.com.mx/ http://apuntes.rincondelvago.com/ http://www.analytica.com.co/Portals/0/Physis/biologia/gotero.jpg http://mx.geocities.com/ http://es.wikipedia.org/ http://www.quimicarecreativa.org/ http://redescolar.ilce.edu.mx/redescolar2008/educontinua/conciencia/exp erimentos/ http://www.cienciafacil.com/ http://mx.geocities.com/ http://www.monografias.com/trabajos/

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AVISO SOBRE EL DERECHO DE CITA: La reproducción de fragmentos de obras, fotografías, ejercicios, o lo que corresponda, en esta guía pedagógica se acoge al artículo 148 de la Ley Federal de Derechos de Autor, en los párrafos I y VII cuyo texto dice: “Las obras literarias y artísticas ya divulgadas podrán utilizarse, siempre que no se afecte la explotación normal de la obra, sin autorización del titular del derecho patrimonial y sin remuneración, citando invariablemente la fuente y sin alterar la obra, sólo en los siguientes casos: I. Cita de texto, siempre que la cantidad no pueda considerarse como una reproducción simulada y sustancial del contenido de la obra. VII. Reproducción, comunicación y distribución por medio de dibujos, pinturas, fotografías y procedimientos audiovisuales de las obras que sean visibles desde lugares públicos.” Además el artículo citado indica que: “las personas morales no podrán valerse de lo dispuesto en esta fracción salvo que se trate de una institución educativa, de investigación, o que no esté dedicada a actividades mercantiles”

Colaborador: Ing. Maricela Ramírez Dávila

Revisión Técnica: Lic. Karina Ivonne Rascón Rodríguez Ing. Jessica Lourdes López Esparza Ivonne Moreno del Castillo

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DIRECTORIO

Lic. Rubén Moreira Valdez Gobernador Constitucional del Estado de Coahuila de Zaragoza

Ing. José María Fraustro Siller Secretario de Educación.

Lic. Bona Mayahuel Vázquez Ibarra Subsecretaria de Educación Media y Formación para el Trabajo.

Profr. Jaime Rosales López Director General del Colegio de Bachilleres de Coahuila.

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Cobac Química II

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