GUÍA RESUELTA DE QUÍMICA
GRUPO
AL
C
M ECA
C
C
AL
GRUPO CALMECAC CURSO DE INGRESO A LA UNAM GUÍA RESUELTA DE QUÍMICA
M ECA
C
GRUPO
TEMARIO DE QUÍMICA UNAM 1. Temas básicos: Química: Es una ciencia experimental que estudia los cambios internos y las propiedades y características de la materia y su interacción con la energía.
Propiedades de la materia: Son las características que identifican a la materia y se dividen en generales y especificas.
•
Generales: Están presentes en toda la materia, es decir, en todos los cuerpos o sustancias, ejemplo: masa, volumen, peso, etc. Particulares o específicas: La presentan unos cuantos cuerpos y nos sirven para diferenciar a la materia, se dividen en dos tipos: ¾
AL
¾
C
A M EC
1.1. Sustancias químicas: Una sustancia es una porción de materia que posee propiedades generales y específicas, las sustancias se pueden clasificar como se muestra en el siguiente esquema.
GRUPO
C
M ECA
GRUPO CALMECAC
Átomo: Es la unidad fundamental e indivisible de la materia y que esta constituido por protones y neutrones en el núcleo y electrones fuera del núcleo. Ejemplos: Cu, O, Fe, Na, etc. Elemento: Es una sustancia simple que no se puede dividir o separar en otras sustancias por medios físicos o químicos sencillos. (formada por átomos iguales). Ejemplos: Cu, O, Fe, Na, etc. Molécula: Es la parte mas pequeña de un compuesto que conserva las mismas proporciones de masa y número de átomos. Ejemplos: NaCl, H2O, Na2SO4, etc.
AL
Compuesto: Es una sustancia formada por dos o más elementos iguales o diferentes que puede ser separado en sustancias más simples ( formada por moléculas iguales). Ejemplos: NaCl, H2O, Na2SO4, etc.
A M EC
1.1.2. Mezclas: homogéneas y heterogéneas
Mezcla: Es una sustancia formada por dos o más compuestos o elementos químicos con la característica de que no existe ningún tipo de unión química entre sus componentes. Ejemplos: agua salada, soluciones, aleaciones, suspensiones, coloide, etc.
1
GRUPO
AL
C
C
AL
U P R O G
Composición u organización química de la materia.
C
Físicas: Aquellas propiedades que si cambian no alteran la constitución interna de la materia (En esencia sigue siendo la misma sustancia), EJEMPLO: color, olor, solubilidad, etc. Químicas: Cambia la constitución interna de la materia, la cual produce otras sustancias diferentes, EJEMPLO: oxidación, combustión.
C
•
Es aquella que al utilizar medios físicos, que produzcan cambios físicos, no se logra dividirla o separarla en otras sustancias.
M ECA
C
U P R O G
Fenómenos Químicos: Son los cambios que modifican a la materia en su composición interna.
1.1.1. Sustancias puras: elemento y compuesto
C
Fenómenos Físicos: Son los cambios que modifican a la materia en su composición externa (se recuperan las sustancias o pueden volver a lo que eran antes del cambio).
GUÍA RESUELTA DE QUÍMICA
GRUPO
AL
C
M ECA
C
C
AL
GRUPO CALMECAC
M ECA
C
GRUPO
Mezcla homogénea: Composición uniforme, que tiene una sola fase Mezcla heterogénea: Composición no uniforme, que tiene dos o más fases. 1.2. Estructura atómica: Toda la materia está formada por partículas indivisibles llamadas átomos (Demócrito 460-370 a.C.)
U P R O G
Rutherford (1911): Al bombardear una lámina de oro con partículas alfa (átomos de He) noto que algunas de ellas eran desviadas, una parte era absorbida y así estableció que exista un centro macizo o núcleo. Elaboro un nuevo modelo atómico “el átomo esta formado por un núcleo de carga positiva y electrones de carga negativa en alguna parte alrededor del núcleo”.
C
A M EC
Bohr (1913): Introdujo el concepto de cuantizacion energética y concordó con los resultados de Ryberg para la explicación de la distribución de electrones en el átomo, distribuidos en 7 niveles de energía, el número de electrones = 2n2 donde n es nivel de energía (estableció su modelo atómico conocido como el del sistema planetario). GRUPO
C
M ECA
GRUPO CALMECAC
Electrón: Partícula subatómica de carga negativa y una masa de 9.1091 x 10-28 g (1/1823 uma), símbolos: eNeutrón: Partícula subatómica sin carga electrica y una masa de 1.67482 x 10-24 g (1.008665 uma), símbolos: n, 10n Uma : Unidad de masa atómica equivalente a 1.66043 x 10-24 g, que es exactamente, 1/12 de la masa del átomo de carbono 12, el estándar de referencia.
AL
Número atómico: Es el número de cargas positivas del átomo (protones) y en un átomo en estado normal o basal es igual al número de electrones. Símbolo Z
A M EC
Peso atómico o masa atómica: La suma de protones y neutrones (nucleones). Símbolo A A=Z+n ó A=p+n
Isótopo : Átomos que tiene el mismo número atómico pero diferente masa atómica (tienen el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones).
2
GRUPO
AL
C
C
AL
U P R O G
Protón: Partícula subatómica de carga positiva y una masa de 1.67252 x 10-24 g (1.007277 uma), símbolos: p+, p, H+, 11H
C
C
AL
Átomo: Es la unidad fundamental e indivisible de la materia y que esta constituido por protones y neutrones en el núcleo y electrones fuera del núcleo. Ejemplos: Cu, O, Fe, Na, etc.
M ECA
C
Thompson (1904): Basa su experimento en los rayos catódicos y descubre que al aplicar un campo magnético el haz de luz era desviado al lado del campo lo que demuestra la existencia de cargas negativas (descubre al electrón). Describe un modelo atómico conocido como budín de pasas (el átomo tiene una gran carga positiva que contiene las pequeñas cargas negativas o electrones).
1.2.1. Conceptos del átomo, protón, electrón, neutrón, número atómico y masa atómica:
C
Dalton (1766-1844): Los elementos químicos están formados por diminutas partículas llamadas átomos y son como esferas (canicas). Establece la teoría atómica de la materia.
C
M ECA
GUÍA RESUELTA DE QUÍMICA
GRUPO
AL
C
C
AL
GRUPO CALMECAC 1.2.2. Orbitales atómicos: Es la región del espacio cerca del núcleo atómico, que posee una forma definida y donde es probable o no encontrar electrones.
s: spin: O de giro, establece que el movimiento rotacional de un electrón puede ser a la izquierda o a la derecha por lo que en un orbital solo pueden existir dos electrones. (s = -½ y +½ ).
U P R O G
M ECA
C
GRUPO
U P R O G
1.2.3 Configuraciones electrónicas: Es la distribución mas probable y estable de los electrones entre los orbitales disponibles de un átomo de acuerdo a los números cuánticos. Números cuánticos:
N: Principal nivel de energía de los átomos donde es probable encontrar electrones. Llamado orbital atómico y tiene los valores (n= 1,2,3,4,5,6,7).
GRUPO
C
M ECA
GRUPO CALMECAC
3d 4d 5d
4f
3
GRUPO
AL
C
C
AL
A M EC
2p 3p 4p 5p 6p
M ECA
C
m: magnético: Se refiere a la orientación espacial de los orbitales atómicos y adquiere los valores que van desde -l hasta +l pasando por cero. (m=-l...,0,...+l)
AL 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s
C
A M EC
C
C
AL
Esquema de apoyo para obtener la configuración electrónica:
C
l: Secundario o azimutal y se refiere a la forma del orbital atómico, toma los valores desde cero hasta n -1 (l= 0,1,2,3...n -1,) existen 4 tipos de subniveles y cada uno de ellos contiene electrones como se define a continuación. (número de subniveles = n -1) s= 2ep=6ed=10ef=14e-
GUÍA RESUELTA DE QUÍMICA
GRUPO
AL
C
M ECA
C
C
AL
GRUPO CALMECAC
1.3.1. Clasificación de los elementos: metales, no metales, metaloides.
M ECA
C
GRUPO
1.3. Tabla periódica : Es la distribución de los elementos químicos en periodos y familias o grupos de acuerdo a la ley periódica. Ley periódica: Entre los elementos químicos, las propiedades características son funciones periódicas de sus números atómicos. (Dimitri Mendeleev).
U P R O G
U P R O G
Grupos o Familias: IA IIA y IIIA Ceden electrones para formar iones positivos (cationes). VIA y VIIA Aceptan electrones para formar iones negativos (aniones). IVA VA y O No forman iones, comparten sus electrones.
Iones Átomos con cargas
GRUPO
C
M ECA
GRUPO CALMECAC
C
A M EC
1.3.3.1. Electronegatividad y tipos de enlace: iónico y covalente.
Electronegatividad: Es la tendencia relativa de los átomos a formar enlaces covalentes.
Periodicidad: Dentro de la misma familia o grupo son mayores en la parte superior de la tabla periódica.
4
GRUPO
AL
C
C
AL
A M EC
AL
Aniónes: Átomos que se reducen, ganan electrones, átomos con carga negativa.
1.3.3. Propiedades periódicas: Los elementos químicos poseen propiedades físicas que varían en función de sus números atómicos de acuerdo a la ley periódica.
C
C
AL
Catiónes: Átomos que se oxidaron, perdieron electrones, átomos con carga positiva.
M ECA
C
Periodo: Un conjunto de elemento ordenado horizontalmente dentro de la tabla periódica, los elementos de un mismo periodo presentan propiedades periódicas en función de sus números atómicos, el periodo representa el nivel de energía (n).
1.3.2. Regla del octeto de Lewis: El obtener la configuración electrónica de un gas noble es la guía correcta para predecir que ión de un elemento será el más estable para los primeros veinte elementos.
C
Familia: Es un conjunto de elementos ordenados verticalmente dentro de la tabla periódica, presentan las mismas propiedades químicas. El número de familia o grupo representa el número de electrones que tiene en su último nivel de energía un átomo.
Tipos de enlaces: Iónico o electrovalente: Enlace donde un átomo cede electrones y el otro gana electrones, principalmente entre átomos de diferentes familias, la diferencia entre sus electronegatividades es mayor que 1.7. Son cristales en formas sólidas, solubles en agua y conduce la electricidad en agua. Covalente puro o no polar: Los átomos comparten electrones, la diferencia entre sus electronegatividades es igual a cero. (Átomos iguales) no se solubilizan en agua, no conducen la electricidad. Covalente polar: Se comparten electrones, y la diferencia de sus electronegatividades es menor de 1.7. Covalente coordinado: Se comparte un par de electrones, pero el par electrónico pertenece a uno solo de los átomos. Puente de hidrógeno: Es una atracción física de cargas entre un átomo electronegativo (O, N, S,) y el hidrógeno.
U P R O G
1.3.3.2. Energía de ionización: Es la energía necesaria para arrancar un electrón de un átomo neutro y se convierte en un Ion monopositivo (cation). Na (g)
Na+ (g) + e-
Cl(g) + 1e-
A M EC Cl- (g)
C
C
1.3.3.3. Afinidad electrónica Es la energía intercambiada cuando un átomo neutro, gaseoso capta un electrón y se convierte en un Ion mononegativo (anión). ∆H = -87.3 Kcal/mol
1.4. Clasificación de los elementos en óxidos básicos (anhídridos), ácidos, bases y sales: Los compuestos químicos se representan por medio de fórmulas y cada una tiene propiedades semejantes de comportamiento frente algunos reactivos, por lo cual se le agrupa bajo una especificación común llamada función química. GRUPO
C
GRUPO CALMECAC
M ECA
NOMBRE
OXIDO 2Fe + O2 -- oxido de fierro ii. u OXIDO DE _______ ICO --2FeO oxido ferroso M+O OXIDO __________METAL OXIDO 4Fe+3O2-- oxido de fierro iii. u _______OSO --2Fe2O3 oxido ferrico HIDRURO DE 2Na+H2---M+H HIDRURO hidruro de sodio _______METAL -2NaH ________URO DE Cl2 +2Na-M+Nm SAL cloruro de sodio ____METAL -2NaCl MONO, DI, TRI, ANHÍDRIDO__ 2C+O2---anhídrido carbonoso Nm+O ANHIDRIDO ÓXIDO DE 2CO __OSO ____No METAL ANHÍDRIDO__ C+O2---anhídrido carbónico __ ICO CO2 Ac._______HÍDRI 2Cl+H2---Nm+H HIDRÁCIO ácido clorhidrico CO 2HCl ÓXIDO + HIDRÓXIDO DE Na2O+H2O HIDRÓXIDO hidroxido de sodio AGUA --2NaOH _______METAL Cl2O7+H2O Ac per ______íco ac. perclórico —HClO4 NmO+H2O OXIACIDO Cl2O5+H2O ac. clórico Ac_______íco —HClO3 Cl2O3+H2O Ac_______oso ac. cloroso —HClO2 Cl2O+H2Ohipo________oso ac. hipocloroso -HClO NaOH+H2S HNmO+O _______ATO DE OXISAL sulfato de sodio O 4— 1H ________ Na2SO4
U P R O G
AL
A M EC
______ ITO DE ___________
NaOH+H2S O 3— Na2SO3
sulfito de sodio
5
GRUPO
AL
C
C
M ECA
AL
Metal + Oxigeno = Oxido Metal + Hidrógeno = Hidruro Metal + No Metal = Sal Oxido + agua = hidróxido No metal + Oxigeno = anhídrido No metal + hidrógeno = hidrácido Anhídrido + agua = oxiácido Oxiácido + hidróxido = oxisal
Nomenclatura de compuestos inorgánicos. GRUPO
C
AL
∆H = 118 Kcal/mol
C
Dentro del mismo periodo, las electronegatividades aumentan de izquierda a derecha. F>Cl>Br>I Familia o Grupo F>O>N>C>H Periodo El F es el elemento más electronegativo.
AL
GRUPO
M ECA
C
C
M ECA
GUÍA RESUELTA DE QUÍMICA C
C
AL
GRUPO CALMECAC
C
GRUPO
GUÍA RESUELTA DE QUÍMICA
GRUPO
AL
C
M ECA
C
C
AL
GRUPO CALMECAC
M ECA
C
GRUPO
1.5. Mol. Es una unidad científica fundamental que corresponde a la cantidad de sustancia, establecida por la IUPAC en 1965. 1.5.1. Concepto Un mol es una cantidad de sustancia, de fórmula química determinada, que contiene el mismo número de unidades de fórmula (átomos, moléculas, iones, electrones, etc.) que los átomos que hay en exactamente 12 gramos de C 12. Mol = masa molar expresada en gramos 1 mol contiene 6.0238 x 1023 entidades (este es el número de Avogadro). 1.5.2. Cálculo de masa molar. Es la suma de las masas atómicas de todos los elementos que forman un compuesto y se expresa en uma. Ejemplo: Na2SO4 compuesto Elementos masa atómica No. Átomos total Na 23 x 2 46 S 32 x 1 32 O 16 x 4 64 --------142 uma Masa molar 2. Agua Sustancia química formada por hidrógeno y oxígeno, de fórmula H2O.
U P R O G
2.1. Composición del agua y estructura.
GRUPO CALMECAC
p.e. = 100 C
p.f. = 0 C
d = 1.0000 g/cc a 4.08 C d = 0.9998 g/cc a 20.0 C
Es la sustancia con la mayor capacidad calorífica.
AL H+ + OH-
A M EC
C
ángulo de enlace 104.5o
H2O
[H+] [OH-] (10-7) (10-7) K = -------------- = ----------------- = 1.8 x 10-16 [H2O] 55.3 Kw = [H+] [OH-] = 10-14 constante de ionización al despreciar el valor de 55.3 de agua. Ecuación del pH = [H+] = 1 x 10-pH Por lo que pH = log 1/[H+] = -log [H+]
6
GRUPO
AL
M ECA
C
C
A M EC H&+
U P R O G
2.2. Propiedades físicas: punto de ebullición y de fusión, capacidad calorífica específica. Líquido incoloro, inoloro e insípido.
C
C
M ECA
H
C
C GRUPO
AL
&+
∆ E = 1.3
Puente de hidrógeno: Es una atracción débil entre el oxígeno de una molécula de agua y el hidrógeno de otra molécula de agua.
C
AL
O&-
H&+ ----- O&- -------H&+
2.4.5. Concentración de iones [H+] y [OH-]. La concentración de los distintos iones se puede comprender con la constante de equilibrio químico.
Composición: H 11.11% O 88.88% Estructura:
2.1.1. Polaridad y puente de hidrógeno: La molécula de agua es una sustancia covalente polar, por lo que, tiene semicargas con un momento bipolar mayor a cero (1.84).
GUÍA RESUELTA DE QUÍMICA
GRUPO
AL
C
M ECA
C
C
AL
GRUPO CALMECAC 2.5. Soluciones o disoluciones.
2.6.1. Principales contaminantes: físicos, químicos y biológicos
Disolución: Mezcla homogénea de dos o más sustancia. Se compone de un soluto y un disolvente.
Físicos: Cambios de temperatura, cambios en la densidad
M ECA
C
GRUPO
Químicos: Metales pesados, Detergentes, Desechos industriales, Cambios en el pH. 2.5.1. Concepto de soluto y disolvente.
2.5.2. Concentración: molaridad y porcentual
¾ ¾ ¾
¾
U P R O G
Concentración: Es la cantidad de soluto por unidad de volumen del disolvente en condiciones estándar (25° C 1 atm). Solución diluida: La concentración del soluto se encuentra en mínima cantidad. Solución concentrada: Cuando el soluto ha llegado a su concentración máxima de equilibrio entre él y el disolvente. Solución sobresaturada: Se ha excedido la máxima concentración de soluto que puede mantener el equilibrio entre soluto y disolvente (se forman una mezcla heterogénea). Para expresar concentraciones de soluciones se pueden ocupar diferentes unidades para expresarla: Molaridad: Es el número de moles de soluto por cada litro de disolvente. n L
=
A M EC
Por ciento volumen: Es el volumen de soluto en 100 ml de disolución. % V
=
vol . soluto vol . disolución
* 100
2.6. Contaminación del agua. Contaminación se define como la adición de una sustancia en una concentración mayor a lo normal o que no forma parte de la sustancia original. GRUPO
C
M ECA
GRUPO CALMECAC
Urbano: Son contaminantes originados de los desechos provenientes del drenaje de las ciudades.
U P R O G
Agrícola: Son contaminantes derivados de los desechos provenientes de las personas y los animales en el campo, así como, los pesticidas y fertilizantes. 2.7. Importancia y aplicaciones del agua para la humanidad. Su uso es primordialmente de consumo y riego. 2.8. Usos responsables y preservación del agua. Tema para discusión en clase. 3. Aire
AL
3.1. ¿Qué es el aire? Una mezcla homogénea de gases como oxígeno, nitrógeno, bióxido de carbono y gases nobles.
A M EC
3.2. Composición porcentual del aire. O2 70% N2 20%
3.3. Reacciones del oxigeno.
7
GRUPO
AL
C
C
AL
Industrial: Son los contaminantes que se producen de los desechos de los procesos de la industria.
C
C
AL M
C
¾
2.6.2. Fuentes generadoras: industrial, urbana y agrícola.
M ECA
C
Soluto: La sustancia o compuesto que se encuentra en menor proporción. Disolvente: Es el compuesto o sustancia que se encuentra en mayor proporción.
C
Biológicos: Organismos patógenos. Animales muertos o partes de ellos
CO2 + 2H2O + CALOR
3.3.2. Formación de óxidos básicos. Cuando el O2 reacciona con un metal. M + O2
OXIDO BASICO
4Na + O2
2Na2O
2Ca + O2
2CaO
3.3.3. Formación de óxidos ácidos (N,S,C,). No Metal + O2 da un anhídrido
U P R O G
NM + O2
OXIDO ACIDO
C + O2
CO2
S + O2
SO3
N + O2
N2O5
3.4. Reacciones de óxido-reducción. Existen intercambios de electrones por perdida y ganancia entre las especies químicas. C0 + 2H21+O2C4+O24- + 2H20 0 4+ C C + 4e oxidación H+ + leH0 reducción
METODO PARA BALANCEO POR OXIDO-REDUCCIÓN.
C
C
U P R O G
1. A cualquier átomo libre o cualquier átomo de molécula de un elemento, se le asigna un número de oxidación 0. 2. La suma de los números de oxidación positivos y negativos de los átomos de un compuesto es 0, puesto que los compuestos son eléctricamente neutros. 3. El número de oxidación de un Ion monoatómico es igual a la carga del Ión. En sus compuestos los elementos, del grupo IA (Li, Na, K, Rb, y Cs) siempre tiene números de oxidación de +1; los elementos del grupo IIA (Be, Mg, Ca, Sr y Ba) siempre tienen números de oxidación +2. 4. La suma de los números de oxidación de los átomos que forman un Ion poliatómico, es igual a la carga del Ion. Ejemplo: (SO4-2,NO3-1,) 5. El número de oxidación del flúor, el elemento más electronegativo, -1en todos los compuestos que contienen flúor. 6. En la mayoría de los compuestos que contienen oxígeno, el número de oxidación del oxígeno es -2. Sin embargo, existen algunas excepciones . a. En los peróxidos, cada átomo de oxígeno tiene un número de oxidación de -1los dos átomos de 0 del Ion peróxido 022 son equivalentes. A cada uno se le debe asignar un número de oxidación de -1, tal que la suma iguale la carga del Ion.
AL
A M EC
8
GRUPO
AL
C
C
M ECA
GRUPO CALMECAC
C
A M EC
M ECA
Determinación del número de oxidación de los elementos en un compuesto. Se debe tener en cuenta la ley del octeto de Lewis, que expresa que un átomo es considerado estable al tener 8 electrones en su último nivel de energía, así que cada átomo tendera ya sea a ganar, ceder o compartir electrones para tener esta estabilidad. Pueden utilizarse las siguientes reglas basadas en estas ideas, para asignar números de oxidación.
C
C
AL
Oxidación: perdida de elementos Reducción: ganancia de electrones Agente oxidante: sustancia que se reduce provocando la oxidación de otra. Agente reductor: sustancia que se oxida provocando la reducción de otra.
GRUPO
AL
1. Se calculan los números de oxidación de los elementos presentes en la reacción. 2. Se escogen los átomos que variaron sus números de oxidación. 3. Se calculan los electrones perdidos o ganados por cada átomo (recta numérica). 4. Se multiplican los electrones por el número de átomos que cambiaron. 5. Se cruzan los valores y se colocan en la reacción. 6. Se checa el balanceo por tanteo.
3.3.1. Reacciones de combustión. CH4 + 202
AL
GRUPO
M ECA
C
C
M ECA
GUÍA RESUELTA DE QUÍMICA C
C
AL
GRUPO CALMECAC
C
GRUPO
U P R O G
Los ciclos son del carbono, nitrógeno y oxígeno. Se definen como la circulación mundial desde el ambiente abiótico hacia los seres vivos y de regreso. El ciclo hidrológico incluye la evaporación, precipitación y flujo hacia los mares. Proporciona los organismos terrestres un aporte continuo de agua dulce.
C
U P R O G
3.6. Contaminantes del aire. El aire es una mezcla de gases de oxígeno y nitrógeno y otros gases en concentraciones pequeñas, sin embargo, cuando se agregan sustancias o partículas diferentes o aumenta la concentración en forma excesiva de los componentes originales se habla de un proceso de contaminación. 3.6.1. Contaminantes primarios del aire. (Óxidos de nitrógeno, carbono y azufre, partículas suspendidas e hidrocarburos) los materiales que se exponen a la combustión liberan óxidos ácidos (anhídridos) de no metales como el nitrógeno, carbono y azufre, que por su alta concentración contaminan el aire.
AL
Ejemplo: N + O2
GRUPO CALMECAC
C
A M EC
N2O5 ,
C + O2
CO2
A M EC
Otros contaminantes gaseosos son los hidrocarburos resultado de la actividad industrial y urbana, así también, existen partículas suspendidas en el aire como polvos, microorganismos, partes de insectos, etc.
3.6.2. Principales fuentes generadoras. Industriales , urbanas y agrícolas Industriales: Son los componentes gaseosos producto de la combustión por la quema de combustibles o como resultado de los procesos químicos industriales.
9
GRUPO
AL
C
C
M ECA
M ECA
El flujo de los ciclos biogeoquímicos en los seres vivos se da en los niveles tróficos; los productores toman los elementos del medio abiótico y lo incorporan a la materia viva, fluye en seres vivos y los desintegradores lo regresen al medio abiótico.
C
C
AL
GRUPO
AL
C
b. En el Ión superóxido, O-2, cada oxígeno tiene un número de oxidación de -½. c. En el OF2, el oxígeno tiene un número de oxidación de +2 (regla5). 7. El número de oxidación del hidrógeno es +1 en todos sus compuestos, excepto en los hidruros metálicos (CaH2 y NaH) en los cuales el hidrógeno está en estado de oxidación -1. 8. En la combinación de dos metales (ya sea molécula o un Ion poliatómico), el número de oxidación del elemento más electronegativo, es negativo e igual a la carga del Ion monoatómico común de ese elemento. En el PCI3, por ejemplo, el número de oxidación del CI es -1 y el del p es +3. En el CS2, número de oxidación del S es -2 y el del C es +4. 3.5. Ciclos del oxigeno, nitrógeno y carbono
AL
GRUPO
M ECA
C
C
M ECA
GUÍA RESUELTA DE QUÍMICA C
C
AL
GRUPO CALMECAC
C
GRUPO
Inversión térmica: Es el proceso de reflexión del calor debido al bióxido de carbono acumulado en la atmósfera provocando aumento de la temperatura en la superficie de la tierra. Lluvia ácida: Los óxidos ácidos (anhídridos) de carbono, nitrógeno y azufre que se forman por la combustión y se acumulan en la atmósfera reaccionan con el vapor de agua a cierta altura y temperatura formando ácidos de esos óxidos. Ejemplo: N2O5 + H2O HNO3 ácido nítrico
U P R O G
4. Alimentos. Fuente principal de energía y nutrientes de los seres vivos.
CH2 – O – COR1 l CH – O – COR2 l CH2 – O – COR3. 4.2.2. Almacén de energía. Los lípidos se acumulan en las cedulas cebáceas de los tejidos y se utilizan cuando hay escasez de carbohidratos como una fuente de energía secundaria.
U P R O G
4.3. Proteínas. Sustancias formadas por la unión de varios aminoácidos, mediante el enlace peptídico.
4.1. Carbohidratos. Sustancias formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno, principal fuente de energía mediante la glucosis al formar ATP.
4.3.1. Grupos funcionales presentes en aminoácidos.
4.1.1. Estructura.
Aminoácidos
A M EC
C
C
Carbohidratos
Monosacáridos (glucosa, fructuosa)
Disacáridos (sacarosa, lactosa, maltosa)
Polisacáridos (almidón, celulosa)
4.1.2. Fuente de energía de disponibilidad inmediata. Los carbohidratos son la fuente de energía a través de la glucólisis con participación de ATP.
C
Amino -NH2 Radical -R Ácido carboxílico -COOH
AL
A M EC
Existen 20 aminoácidos conocidos.
4.3.2. Enlace peptídico. Unión entre un grupo amino de un aminoácido con un grupo ácido de otro aminoácido igual o diferente. NH2-CR1-COO-----NH-CR2-COOH
10
GRUPO
AL
C
C
M ECA
GRUPO CALMECAC
R l NH2-C-COOH aminoácidos
C
AL
Polihidroxicetonas catosas =CO
M ECA
4.2.1. Estructura. Esteres carboxílicos derivados del glicerol (triglicéridos)
Polihidroxialdehidos aldosa -CHO
GRUPO
AL
4.2. Lípidos Sustancias insolubles en agua que forman parte de los tejidos y solo se pueden extraer por medio de disolventes orgánicos.
C
Urbanos: Es el resultado de los gases que provienen de los medios de transporte de combustión interna y de la liberación de gases por la actividad de las ciudades. Agrícola: Son contaminantes gaseosos de la actividad del campo con la liberación de pesticidas y fertilizantes. 3.6.3. Impacto ambiental. Inversión térmica y lluvia ácida
AL
GRUPO
M ECA
C
C
M ECA
GUÍA RESUELTA DE QUÍMICA C
C
AL
GRUPO CALMECAC
C
GRUPO
GUÍA RESUELTA DE QUÍMICA
GRUPO
AL
C
M ECA
C
C
AL
GRUPO CALMECAC
4.3.3. Enzimas catalizadores biológicos. Es una proteína que actúa como catalizador de los procesos biológicos.
Neutralización: Una especie ácida con una especie básica formar dos sustancias de pH neutro (sal y agua). Ejemplo: H3O+ + OH-. Ácido base
4.4. Vitaminas y minerales: fuentes e importancia.
M ECA
C
GRUPO
Sal + agua
Vitaminas: Sustancias que deben ser proporcionadas con la dieta para permitir un desarrollo o un mantenimiento adecuado de una estructura. Es indudable que se necesitan por su actividad coenzimatica.
5. La energía y las reacciones químicas Toda reacción química libera o absorbe energía en forma de calor.
U P R O G
Síntesis: Los elementos se unen directamente para formar un compuesto. EJEMPLO: A+B AB
Reacción endotérmica: esta reacción para llevarse acabo es necesario suministrarle calor, también se le llama entalpía ∆H>0 (los enlaces de los reactivos son más fuertes que el de los productos)
Descomposición: Un compuesto se descompone en los elementos que lo formaban. EJEMPLO: AB A+B
5.2. Energía interna.
AD + CB
Oxidorreducción: existen intercambios de electrones entre las especies químicas. A+m+B-n A+oB-p.
AL
H. Entalpía: Es el calor que poseen las sustancias a presión constante, es una propiedad termodinámica característica de cada sustancia. H = Eint + PV
A M EC
5.4. Energía libre y espontaneidad.
Espontaneidad y energía libre de Gibbs.
∆H incremento de entalpía: Es el calor intercambiado a presión constante en una reacción química. ∆H reacción =
∆H productos -
∆H reactivos
11
GRUPO
AL
C
C
C
GRUPO CALMECAC
5.3. Entalpía.
C
C
C
A M EC
AB + CD
Eint = Envc + Eitic + Erot + Evib + ETrams
C
AL
CB + A
Doble sustitución o desplazamiento doble: las sustancias intercambian sus elementos que las constituyen. EJEMPLO:
M ECA
U P R O G
Ese calor liberado se expresa como entalpía: ∆H <0 (los enlaces de los productos son más fuertes que el de los reactivos)
AB + C
GRUPO
Reacción exotérmica: La reacción libera energía en forma de calor cuando ésta se efectúa a presión constante.
TIPOS DE REACCIONES.
Sustitución o desplazamiento: Se sustituye un elemento por otro en la molécula del compuesto. EJEMPLO:
AL
5.1. Reacciones químicas endotérmicas y exotérmicas.
M ECA
C
Minerales: sustancias inorgánicas que actúan en forma libre o combinada, Ca, Na, K, Fe, Mg, Zn.
GUÍA RESUELTA DE QUÍMICA
∆ S >0, el proceso es espontáneo. ∆S <0, el proceso es no espontáneo.
∆ S =0, el proceso esta en equilibrio y no hay tendencia al cambio ∆G energía libre de Gibbs: Es la parte de la energía que puede ser transformada en un trabajo útil, es una propiedad termodinámica y nos permite determinar la espontaneidad de la s reacciones. ∆G= ∆H - T∆S
6.1. El carbono. Elemento químico con propiedades semimetalicas con una configuración electrónica de 1s22s22p2 6.1.1. Estructura tetraédrica. Presenta una estructura de tetraedro con el carbono en el centro y los orbitales en las vértices esto se debe a la hibridación sp3. 1s22s22p2 1s22s12p3 normal hibrido
U P R O G
U P R O G
∆G<0, el proceso es espontáneo ∆G=0 reacción en equilibrio
∆G>0 reacción no espontánea
5.5. Equilibrio químico: Ley de Chatelier.
K = CxCy CACB
6.1.2. Tipos de enlaces carbono-carbono: estructura y modelos.
A + B =KIK2 X + Y
∆Gº = -2.303 RTlogK k GRANDE
la reacción es completa.
∆G NEGATIVO
C
5.6. Velocidad de reacción y factores que influyen en ella. Rapidez con la que aparecen productos o desaparecen reactivos. Números de colisiones producidas por segundo, por centímetro cúbico. Factores: ¾ Temperatura ¾ Presión ¾ Concentración ¾ Catalizadores
C
GRUPO CALMECAC
C
ENLACE SIMPLE DOBLE TRIPLE
AL
MODELO Sp3 Sp2 Sp1
6.2. Alcanos, alquenos, alquinos y cíclicos. Conocidos como hidrocarburos por estar formados por hidrógeno y carbono.
A M EC
Función Hidrocarburo: Los compuestos más sencillos de la química orgánica formados por Hidrogeno y carbono y se clasifican en saturados e insaturados. Saturados: los carbonos se unen entre si por ligaduras sencillas y las valencias libres se saturan con hidrógeno.
12
GRUPO
AL
C
C
M ECA
A M EC
ESTRUCTURA C-C C=C C=C
C
AL
M ECA
M ECA
C
Si
GRUPO
AL
6. Química del carbono. Ciencia experimental parte de la química que estudia las sustancias que contienen cadenas de carbono.
C
C
M ECA
∆S Entropía: Es el grado de desorden de un sistema, siendo el de mayor orden el sólido.
AL
GRUPO
C
C
AL
GRUPO CALMECAC
C
GRUPO
C
M ECA
GUÍA RESUELTA DE QUÍMICA
GRUPO
AL
C
C
AL
GRUPO CALMECAC No saturados o insaturados: Se caracterizan por tener doble o triple enlace carbono-carbono.
Alcano
Alquilo
M ECA
C
GRUPO
Alifáticos cíclicos: son hidrocarburos que tienen un esqueleto cerrado sobre si mismo. Pueden ser ciclos alcanos, ciclos alquenos, ciclo alquino.
Alcanos
U P R O G aromáticos
Alquenos
Alquinos
Alifáticos Cíclicos
Alcanos: Hidrocarburos saturados que tienen en su cadena o esqueleto de carbono enlaces sencillos. Formula general: CnH2n+2
A M EC
C
C
AL
Alquinos: Hidrocarburos insaturados por tener uno o más enlaces triples dentro de su esqueleto de carbono. Formula general: CnH2n-2 Alquilo: Son alcanos que tienen un electrón de valencia libre. Formula general: CnH2n+1 CH4 Metano
GRUPO
C
M ECA
GRUPO CALMECAC
1. Se determina la cadena lineal más larga. 2. Se numeran sus carbonos comenzando por el carbón extremo más cercano a la arborescencia. 3. Se dan los nombres de los radicales en orden creciente del número de átomos de carbono (primero metíl, etíl, propíl). 4. Antes de cada radical se escribe el número que le corresponde al átomo de carbono de la cadena lineal en donde está insertado. 5. Al final se da el nombre del hidrocarburo normal
U P R O G
6.2.2. Isomería estructural. Isómeros: Compuestos orgánicos con misma fórmula mínima, pero distinta fórmula estructural.
AL
6.3. Grupos funcionales. Los compuestos del carbono pueden distinguirse en grupos químicos debido a que poseen propiedades características y mecanismos de reacción similares para ese grupo.
A M EC
6.3.1. Alcohol, éter, aldehído, cetona, ácidos carboxílicos, éster, animas, amidas y compuestos halogenados.
13
GRUPO
AL
C
C
AL
CH3 Metilo
6.2.1. Nomenclatura. Nomenclatura de compuestos orgánicos ramificados o arborescentes:
C
Alquenos: Hidrocarburos insaturados por tener uno o mas enlaces dobles dentro de su esqueleto de carbono. Formula general: CnH2n
ciclo pentino alquino
M ECA
C
Alifáticos
ciclo penteno alqueno
C
Compuestos cíclicos: son aquellos compuestos orgánicos que forman cadenas cerradas Hidrocarburos
Ciclo pentano Alcano
6.3.2. Nomenclatura. Nomenclatura de Compuestos Orgánicos NOMBRE
RCOOH ROR RCOOR
AC._____OICO OXI ATO DE ____ILO
RX
URO DE ___ILO
A-C+B SE
Adición
R R
R C = CH2 + Br
R
CH – CH2Br
Eliminación: sucede durante una reacción de sustancias y es un mecanismo que conlleva la eliminación de un H.
U P R O G
6.4.2. Reacciones de condensación e hidrólisis.
Reacciones de condensación: desde el punto de vista de sus mecanismos se refieren a la eliminación de una molécula de agua. Reacciones de hidrólisis: Reacciones donde se realiza un rompimiento de enlaces de hidrogeno 6.4.3. Reacciones de polimerización por adición y condensación. Polimerización por adición: en la cual simplemente se adicionan las moléculas del monómero. Polimerización por condensación: en la que se combinan las moléculas del monómero con perdida de moléculas sencillas como el agua.
A M EC
GRUPO CALMECAC
SN A-B+C
Sustitución
AL
A M EC
14
GRUPO
AL
C
C
ANO ENO INO AMINA OL AL ONA
TERMINACION
C
C C
M ECA
GRUPO FUNCIONAL C–C C=C C=C RNH2 ROH RCOH RCOR
M ECA
6.4.1. Reacciones de sustitución, adición y eliminación.
C
ALCANOS ALQUENOS ALQUINOS AMINAS ALCOHOLES ALDEHIDOS CETONA ACIDO CARBOXILICO ETER ESTER HALOGENURO DE ALQUILO
AL
GRUPO
AL
6.4. Reacciones Orgánicas. En química orgánica se define tres tipos de reacciones llamadas de sustitución, adición y eliminación.
C
Alcohol: compuestos de formula ROH, donde R es cualquier grupo alquiló; pueden ser primarios, secundarios o terciarios cadena abierta o cíclicos. Todos los alcoholes tienen el grupo hidroxilo (-OH). Éter: compuestos de fórmula general R-O-R-, Ar-OOR o Ar-O-Ar Aldehído: sustancia de formula general RCHO contienen el grupo carbonilo. (C = O) Cetona: compuestos de formula general R1COR2 contiene el grupo carbonilo. (C = O) Ácidos carboxílicos: compuestos de formula general RCOOH, ArCOOH contiene el grupo carboxílico (OH-C=O) Ester: se preparan por la reacción de alcoholes o fenoles con ácidos tiene formula general R,COOR2 contiene el grupo acilo R-C=O l Aminas compuestos con fórmula general RNH2, R2NH, R3N, donde R es un grupo alquilo o arilo. Amidas derivados de los ácidos carboxílicos con fórmula general RCONH2 contiene el grupo acilo R-C=O l Compuestos halogenados: son hidrocarburos que sustituyen hidrógenos por halógenos (Cl, Br, I, F) su fórmula general es RC-X.
U P R O G
AL
GRUPO
M ECA
C
C
M ECA
GUÍA RESUELTA DE QUÍMICA C
C
AL
GRUPO CALMECAC
C
GRUPO
