QUÍMICA II - Mxgo.net
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Química <strong>II</strong> 2007<br />
Centro de Desarrollo Educativo<br />
[CDE] [Acuerdo No.<br />
MSB120051404 de Fecha 15 de<br />
Marzo 2005] [C.T. 14PBJ0076Z]<br />
1<br />
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2<br />
SECRETARÍA DE EDUCACIÓN JALISCO<br />
COORDINACIÓN DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR, SUPERIOR<br />
Y TECNOLÓGICA<br />
DIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR<br />
DIRECCIÓN DEL BACHILLERATO EN LA MODALIDAD INTENSIVA<br />
SEMIESCOLARIZADA<br />
<strong>QUÍMICA</strong> <strong>II</strong><br />
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Guadalajara, Jalisco<br />
Julio de 2007
3<br />
SECRETARÍA DE EDUCACIÓN JALISCO<br />
<strong>QUÍMICA</strong> <strong>II</strong><br />
DIRECTORIO<br />
SECRETARIO DE EDUCACIÓN JALISCO<br />
LIC. MIGUEL ÁNGEL MARTÍNEZ ESPINOSA<br />
COORDINADOR DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR,<br />
SUPERIOR Y TECNOLÓGICA<br />
LIC. EDUARDO DÍAZ BECERRA<br />
DIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR<br />
MTRO. JOSÉ MANUEL BARCELÓ MORENO<br />
DIRECCIÓN DEL BACHILLERATO EN LA MODALIDAD<br />
INTENSIVA SEMIESCOLARIZADA<br />
MTRA. DIMNA SILVIA GONZÁLEZ HERNÁNDEZ<br />
PROYECTOS ACADÉMICOS DE LA DIRECCIÓN GENERAL<br />
DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR<br />
PROFR. JUAN ANTONIO JIMÉNEZ GONZÁLEZ<br />
Academia:<br />
Porfirio Rafael Pérez Cisneros<br />
Alejandro Gaona Andalón<br />
José Joaquín Sánchez Sánchez<br />
Víctor Manuel Martínez Martínez<br />
Ma. Rosaisela Ibarra Moreno<br />
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1. Estequiometría<br />
Bases de la estequiometría.<br />
Reacciones químicas y estequiometría.<br />
Reactivo limitante.<br />
2. La contaminación del aire.<br />
Origen.<br />
Contaminantes primarios y secundarios.<br />
Inversión térmica.<br />
Esmog.<br />
Lluvia ácida.<br />
La contaminación del agua.<br />
Uso Urbano.<br />
Uso Industrial.<br />
3. Sistemas dispersos.<br />
Mezclas homogéneas y heterogéneas.<br />
Métodos de separación de mezclas.<br />
Disoluciones, coloides y suspensiones.<br />
Características de las disoluciones.<br />
Ósmosis.<br />
Disoluciones isotónicas.<br />
Características de los coloides.<br />
Diálisis.<br />
Floculación.<br />
Superficie de adsorción.<br />
Características de las suspensiones.<br />
Concentraciones de las soluciones.<br />
4. Compuestos del carbono.<br />
4<br />
ÍNDICE<br />
Estructura de los compuestos del carbono.<br />
Configuración electrónica del carbono e hibridación (sp, sp 2 , sp 3 ).<br />
Geometría molecular (tetraédrica, trigonal plana y lineal).<br />
Tipo de cadena e isomería.<br />
Tipos de cadena.<br />
Isomería.<br />
De cadena.<br />
De posición.<br />
De función.<br />
Hidrocarburos.<br />
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Alcanos.<br />
Alquenos.<br />
Alquinos.<br />
Aromáticos (benceno).<br />
Grupos funcionales.<br />
Alcohol.<br />
Éter.<br />
Aldehído.<br />
Cetona.<br />
Ácido carboxílico.<br />
Amina.<br />
Amida.<br />
Halogenuros de Alquilo.<br />
5. Macromoléculas.<br />
Importancia de las macromoléculas naturales.<br />
Carbohidratos.<br />
Lípidos.<br />
Proteínas.<br />
Macromoléculas sintéticas.<br />
Polímeros de adición.<br />
Polímeros de condensación.<br />
5<br />
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1. Estequiometría<br />
Bases de la estequiometría.<br />
Al tratar el tema de las ecuaciones químicas se hizo notar que el número de átomos de los<br />
reactivos debe ser igual al de los productos. Las ecuaciones químicas balanceadas son de<br />
importancia no solamente en el sentido del tipo de sustancias que reaccionan y que se producen sino<br />
también en términos de cantidad de reactivos como de productos.<br />
La parte de la química que trata de los cálculos de masa o volumen de las sustancias que<br />
intervienen en las ecuaciones químicas, recibe el nombre de estequiometría, dicho de otra forma, la<br />
estequiometría estudia la composición de las sustancias en masa o en volumen.<br />
Las combinaciones de la materia se efectúan según las leyes fijas a las que podemos dividir<br />
en dos grandes grupos: ponderales o de los pesos(masas) y volumétricas o de los volúmenes.<br />
Ley de la conservación de la materia(masa).<br />
Esta ley fue establecida en 1774 por Antoine Laurent Lavoisier, y se enuncia de la siguiente<br />
manera: que en toda reacción o proceso químico la masa total de las sustancias que intervienen,<br />
permanece invariable antes y después del fenómeno.<br />
Ley de las proporciones definidas.<br />
A esta ley también se le conoce como ley de Proust, y se enuncia de la siguiente manera: ―dos<br />
o más elementos que se combinan para formar un compuesto dado, lo hacen siempre en la misma<br />
proporción‖.<br />
Ley de las proporciones múltiples o de Dalton.<br />
Esta ley establece que: ―diferentes cantidades de un mismo elemento que se combina con una<br />
cantidad fija de otros elementos, para formar diversos compuestos, se hayan en relación sencilla que<br />
puede expresarse en números enteros‖.<br />
Ley de las proporciones recíprocas.<br />
También conocida como ley de Ritcher, y se enuncia de la siguiente manera: ―los pesos de los<br />
elementos diferentes que se combinan con un mismo peso de un elemento dado, son los pesos<br />
relativos de aquellos elementos cuando se combinan entre sí o bien múltiplos o submúltiplos de estos<br />
pesos‖.<br />
Ley de los volúmenes de combinación.<br />
En 1808 Gay – Lussac al estudiar las reacciones entre sustancias gaseosas observó que al<br />
reaccionar los gases en volumen, el volumen del gas resultante era menor o igual de la suma de los<br />
gases que se combinan, por lo que estableció que: ―los volúmenes de los gases que se combinan o<br />
se producen en una reacción química están siempre en una relación de números enteros simples‖. 1<br />
a 1, 3 a 2, 2 a 1, etcétera.<br />
Este postulado se contraponía con algunos enunciados de la teoría atómica de Dalton. El<br />
físico italiano Amadeus Avogadro, en 1811, resuelve tal divergencia al indicar que las moléculas<br />
están formadas por partículas más pequeñas llamadas moléculas diatómicas, de tal manera que las<br />
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sustancias al reaccionar desdoblan sus moléculas momentáneamente en átomos y éstos son los que<br />
se combinan entre sí para formar otras moléculas distintas que corresponden a las sustancias que<br />
resultan de la reacción.<br />
Ley de Avogadro. Volúmenes iguales de todos los gases, con igual presión y temperatura,<br />
tienen el mismo número de moléculas. Por ejemplo en un litro de hidrógeno y un litro de oxígeno<br />
ambos a la misma presión y temperatura habrá el mismo número de moléculas.<br />
Mol. Es la masa molecular de una molécula de un compuesto expresada en gramos.<br />
Átomo – gramo(at – g). Se refiere a la masa atómica expresada en gramos.<br />
Para obtener el mol de cualquier sustancia se calcula su masa molecular y la cantidad<br />
obtenida se expresa en gramos. Por lo dicho anteriormente, la fórmula de una sustancia indica<br />
también un mol de tal sustancia.<br />
Por ejemplo:<br />
Si se requiere averiguar cuántos gramos indica 3 HNO3(3 moles de ácido nítrico), en primer<br />
lugar se obtiene la masa molecular de esta sustancia, sumando los pesos atómicos de cada uno de<br />
los elementos, recuerda tomar en cuenta siempre el subíndice de cada elemento y tomarlo en cuenta<br />
para la masa molecular. En seguida se multiplica por el coeficiente.<br />
H: 1 x 1 = 1<br />
N: 14 x 1 = 14<br />
O: 16 x 3 = 48<br />
63 g/mol<br />
63 g/mol x 3 mol = 189 g 3HNO3 = 189 g<br />
Si se requiere averiguar cuántos moles hay en 100 g de HNO3, en primer lugar se obtiene la<br />
masa molecular de esta sustancia. sumando los pesos atómicos de cada uno de los elementos,<br />
recuerda tomar en cuenta siempre el subíndice de cada elemento y tomarlo en cuenta para la masa<br />
molecular. Y encontrar cuantos gramos hay en un mol de esta sustancia.<br />
H: 1 x 1 = 1<br />
N: 14 x 1 = 14<br />
O: 16 x 3 = 48<br />
63 g/mol<br />
1 mol de ácido nítrico = 63 g de ácido nítrico, este se utiliza como factor de conversión.<br />
100 g de ácido nítrico 1 mol de ácido nítrico = 1.587 mol = 1.6 mol de ácido nítrico<br />
63 g de ácido nítrico<br />
El número de moléculas que existen en un mol es igual a 6.02 X 10 23 , y se llama número de<br />
Avogadro. Es decir, en un mol de sustancia hay 602,000,000,000,000,000,000,000,000 de<br />
moléculas.<br />
El volumen que ocupa un mol de cualquier gas en condiciones normales de presión y<br />
temperatura (CNPT, esto es P = 1 atm = 760 mm de Hg; T = 0° C = 273 K) es igual a 22.4 L y se<br />
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llama volumen molar o volumen molecular gramo.<br />
1 mol<br />
2 g<br />
22.4 L<br />
8<br />
1 mol<br />
32 g<br />
22.4 L<br />
1 mol<br />
28 g<br />
22.4 L<br />
1mol<br />
H2 O2 N2 CO2<br />
44 g<br />
22.4 L<br />
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1 mol<br />
17 g<br />
22.4 L<br />
Apliquemos los conocimientos adquiridos hasta ahora en la resolución de problemas.<br />
Ejemplos:<br />
¿Cuántos gramos de oxígeno habrá en 10 L de este gas medido en CNPT?<br />
En primer lugar se obtiene la cantidad de gramos que hay en un mol, esto es:<br />
1 mol de O2 = 32 g de Oxígeno<br />
Estos 32 g de oxígeno ocupan un volumen de 22.4 L, con esto plateamos nuestra regla de tres:<br />
32 g de O2 -------------------- 22.4 L de O2<br />
x -------------------- 10 L de O2<br />
x = (32 g) (10 L) = 14.2 g de O2<br />
22.4 L<br />
¿Qué volumen ocupan 56 g de nitrógeno en CNPT?<br />
1 mol de N2 = 28 g de nitrógeno<br />
28 g de N2 -------------- 22.4 L de nitrógeno<br />
56 g de N2 --------------- x<br />
x = (56 g) (22.4 L) = 44.8 L de nitrógeno<br />
28 g<br />
Reacciones químicas y estequiometría.<br />
Las sustancias químicas se representan mediante fórmulas, estas muestran la composición<br />
atómica de las moléculas, con los símbolos de los elementos presentes en tales sustancias, los<br />
subíndices se emplean para indicar el número relativo de átomos de cada elemento, el subíndice uno<br />
se sobreentiende.<br />
Conceptos básicos.<br />
Fórmula empírica: se refiere a la proporción en números enteros de los átomos de cada elemento<br />
en un compuesto.<br />
Fórmula molecular: representa el número real de átomos de cada elemento en una molécula del<br />
compuesto.<br />
Fórmula real: puede ser la fórmula empírica o un múltiplo entero de ella.<br />
NH3
Para determinar la fórmula real de un compuesto es necesario conocer en primer lugar, la<br />
fórmula empírica y la masa molecular de dicho compuesto. Ahora bien, para determinar la fórmula<br />
empírica es necesario conocer la composición porcentual del compuesto y las masa atómicas de sus<br />
constituyentes.<br />
Ejemplo:<br />
Calcular la fórmula real de un compuesto que contiene 85.62% de Carbono y 14.38% de<br />
hidrógeno, y una masa molecular de 56.<br />
Se expresa la masa molecular de cada constituyente en gramos estoes átomo gramo (at-g).<br />
9<br />
Constituyente Masa<br />
atómica<br />
Carbono<br />
12<br />
Hidrógeno<br />
1<br />
Se considera como base 100 g de compuesto, por lo que su composición porcentual nos<br />
indica que existen: 85.62 g de carbono y 14.38 g de hidrógeno.<br />
at-g<br />
12 g<br />
1 g<br />
Enseguida se calcula el número de at-g de cada constituyente:<br />
Para el carbono:<br />
1 at-g de C -------------- 12 g de C<br />
x ------------- 85.62 g de C<br />
Para el Hidrógeno:<br />
1 at-g de H -------------- 1 g de H<br />
x ------------- 14.38 g de H<br />
Por tanto:<br />
C: 7.13 at-g<br />
H: 14.38 at-g<br />
x = (85.62 g de C) (1 at-g de C) =<br />
12 g de C<br />
x = 7.13 g de C<br />
x = (14.38 g de H) (1 at-g de H) =<br />
1 g de H<br />
x = 14.38 g de H<br />
Ahora se determina la relación entre estas cantidades dividiéndolas entre el número más<br />
pequeño encontrado.<br />
C: 7.13 at-g / 7.13 at-g = 1<br />
H: 14.38 at-g / 7.13 at-g ≈ 2<br />
Luego la formula empírica es: CH2<br />
La fórmula real puede ser esta fórmula empírica o un múltiplo de ella, y se representa de la<br />
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siguiente manera: (CH2)n, donde n indica el número por que se deben multiplicar los subíndices<br />
encontrados.<br />
Para calcular n es necesario conocer primero la masa molecular del compuesto. En este<br />
ejemplo es de 56.<br />
10<br />
El conjunto CH2 tiene una masa molecular de<br />
C: 1 X 12 = 12 ( un átomo por su masa atómica)<br />
H: 2 X 1 = 2 ( dos átomos por su masa atómica)<br />
14 masa molecular de CH2<br />
De la fórmula real (CH2)n = 56<br />
Se plantea la ecuación:<br />
14n = 56, se despeja para n<br />
n = 56/14<br />
n = 4<br />
La fórmula real del compuesto será:<br />
(CH2)n = (CH2)4 = C4H8<br />
RELACIONES PONDERALES.<br />
Una ecuación química balanceada nos proporciona suficiente información para realizar<br />
cálculos estequiométricos referidos a las sustancias que intervienen en ella. Por ejemplo, en la<br />
combustión del metano se produce dióxido de carbono y agua. La representación de esta reacción<br />
sería:<br />
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O<br />
Cualitativamente esta ecuación nos muestra que reacciona el metano con el oxígeno para<br />
producir bióxido de carbono y agua; pero cuantitativamente, y esto es lo importante, en<br />
estequiometría nos indica que una molécula de metano reacciona con dos moléculas de oxígeno para<br />
producir una molécula de bióxido de carbono y dos moléculas de agua. Además, la fórmula indica la<br />
masa molecular; por lo cual se deduce:<br />
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O<br />
16 uma + 2(32) uma 44 uma + 2(18) uma<br />
16 uma CH4 + 64 uma O2 44 uma CO2 + 36 uma<br />
2H2O<br />
1 mol CH4 + 2 mol O2 1 mol CO2 + 2 mol H2O<br />
16 g CH4 + 64 g O2 44 g CO2 + 36 g H2O<br />
Como en la práctica es<br />
imposible trabajar con<br />
moléculas individuales, a<br />
nivel molar se tiene esta<br />
reacción.<br />
La ecuación puede<br />
expresarse en gramos.<br />
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11<br />
Aquí podemos plantear un problema.<br />
¿Cuántos moles de metano (CH4) reaccionando con el suficiente oxígeno (O2) se necesitan<br />
para obtener 4 moles de agua?<br />
La ecuación nos indica que con un mol de metano se obtienen dos mol de agua, por lo que se<br />
establece la relación:<br />
1 mol de metano (CH4) ------------------- 2 mol de agua (H2O)<br />
x mol de metano (CH4) ------------------- 4 mol de agua (H2O)<br />
x = [1 mol CH4 ][4 mol de agua H2O]<br />
2 mol H2O<br />
x = 2 mol de metano CH4<br />
Para poder resolver este tipo de problemas es necesario que siempre la ecuación este<br />
balanceada.<br />
Después se identifican las sustancias en la ecuación y se escribe en la parte superior de sus<br />
fórmulas los datos que se han obtenido al leer el problema. En seguida, en la parte inferior de estas<br />
mismas fórmulas, se escribe la masa en moles o gramos que indican, según sea el caso.<br />
Ejemplo: Calcula la cantidad en moles, que se obtienen de sosa cáustica (hidróxido de sodio,<br />
NaOH) cuando reaccionan totalmente 0.45 mol de cal apagada (Hidróxido de calcio Ca(OH)2) con<br />
carbonato de sodio (Na2CO3). Primero hay que checar que este balanceada, en este caso si lo esta.<br />
0.45 mol ---------------- x mol<br />
1 mol ---------------- 2 mol<br />
x = (0.45 mol) (2 mol)<br />
1 mol<br />
x = 0.9 mol<br />
0.45 mol x mol<br />
Na2CO3 + Ca(OH)2 2NaOH + CaCO3<br />
1 mol 2 mol<br />
Por tanto, el resultado es que se obtienen 0.9 mol de NaOH.<br />
Ejemplo:<br />
¿Cuántos gramos de Nitruro de Magnesio (Mg3N2) se obtienen cuando reaccionan 3.2 mol de<br />
amoniaco (NH3) con el suficiente magnesio (Mg)? En este caso la ecuación esta balanceada.<br />
3.2 mol ------------ x g<br />
2 mol ------------ 100.9 g<br />
3.2 mol x g<br />
NH3 + Mg Mg3N2 + H2<br />
2 mol 100.9 g<br />
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x = (3.2 mol)(100.9 g)<br />
2 mol<br />
x = 161.44 g<br />
12<br />
Se obtienen 161.44 g de Mg3N2.<br />
Reactivo limitante.<br />
En algunos de los problemas antes vistos se emplearon expresiones tales como ―reacción total‖, ―con<br />
el suficiente . . .‖, esto significa que la sustancia a que nos referimos reacciona totalmente y recibe el<br />
nombre de reactivo limitante. En otras palabras un reactivo limitante es aquel que se consume por<br />
completo en una reacción.<br />
Mientras que el reactivo en exceso es aquel que esta en mayor proporción estequiométrica, o<br />
como su nombre lo indica, está en exceso.<br />
Vamos a entender esto con el siguiente ejemplo:<br />
¿Cuántos gramos de óxido de magnesio (MgO) se obtienen cuando reaccionan 10 g de<br />
magnesio (Mg) con 20 g de oxígeno (O2)? ¿Cuál es el reactivo limitante? Y ¿El reactivo en exceso?<br />
48.3 g 32 g 80.6 g<br />
2Mg + O2 → 2MgO<br />
10 g 20 g x g<br />
Primero vamos a ver, cual reactivo es el limitante, si:<br />
48.3 g de Mg ---------------- 32 g de O2<br />
10 g de Mg ---------------- x g de O2<br />
x = (10 g de Mg)(32 g de O2)<br />
48.6 g de Mg<br />
x = 6.5 g de O2<br />
Esto es que los 10 g de Mg reaccionan con 6.5 g de Oxígeno; por lo tanto el reactivo limitante<br />
es el Mg, mientras que el reactivo en exceso es el oxígeno. Al sumar estas dos cantidades (10 g + 6<br />
g) se determina que obtienen 16.5 g de MgO.<br />
La contaminación del aire.<br />
Es la alteración de la atmósfera terrestre por la adición de gases, o partículas sólidas o<br />
líquidas en suspensión en proporciones distintas a las naturales.<br />
El nombre de contaminación atmosférica se aplica por lo general a las alteraciones que tienen<br />
efectos perjudiciales sobre la salud de los seres vivos y los elementos materiales, y no a otras<br />
alteraciones inocuas.<br />
Origen.<br />
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Los principales mecanismos de contaminación atmosférica son los procesos industriales que<br />
implican combustión, tanto en industrias como en automóviles y calefacciones residenciales, que<br />
generan dióxido y monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y azufre, entre otros contaminantes.<br />
Igualmente, algunas industrias emiten gases nocivos en sus procesos productivos, como cloro o<br />
hidrocarburos que presentan combustión incompleta.<br />
Contaminantes primarios y secundarios.<br />
Una clasificación de estas sustancias, atendiendo a cómo se forman, es la que distingue entre<br />
contaminantes primarios y contaminantes secundarios.<br />
Contaminantes primarios<br />
Entendemos por contaminantes primarios aquellas sustancias contaminantes que son vertidas<br />
directamente a la atmósfera. Los contaminantes primarios provienen de muy diversas fuentes dando<br />
lugar a la llamada contaminación convencional. Su naturaleza física y su composición química es muy<br />
variada, si bien podemos agruparlos atendiendo a su peculiaridad más característica tal como su<br />
estado físico (caso de partículas y metales), o elemento químico común (caso de los contaminantes<br />
gaseosos).<br />
Entre los contaminantes atmosféricos más frecuentes que causan alteraciones en la atmósfera<br />
se encuentran:<br />
Aerosoles (en los que se incluyen las partículas sedimentables y en suspensión y los humos).<br />
Óxidos de azufre, SOx.<br />
Monóxido de carbono, CO.<br />
Óxidos de nitrógeno, NOx.<br />
Hidrocarburos, Hn Cm.<br />
Ozono, O3.<br />
Anhídrido carbónico, CO2.<br />
Además de estas sustancias, en la atmósfera se encuentran una serie de contaminantes que<br />
se presentan más raramente, pero que pueden producir efectos negativos sobre determinadas zonas<br />
por ser su emisión a la atmósfera muy localizada. Entre otros, se encuentra como más significativos<br />
los siguientes:<br />
Otros derivados del azufre.<br />
Halógenos y sus derivados.<br />
Arsénico y sus derivados.<br />
Componentes orgánicos.<br />
Partículas de metales pesados y ligeros, como el plomo, mercurio, cobre, zinc.<br />
Partículas de sustancias minerales, como el amianto y los asbestos.<br />
Sustancias radiactivas.<br />
Contaminantes secundarios<br />
Los contaminantes atmosféricos secundarios no se vierten directamente a la atmósfera desde<br />
los focos emisores, sino que se producen como consecuencia de las transformaciones y reacciones<br />
químicas y fotoquímicas que sufren los contaminantes primarios en el seno de la misma.<br />
13<br />
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14<br />
Las principales alteraciones atmosféricas producidas por los contaminantes secundarios son:<br />
la contaminación fotoquímica;<br />
la acidificación del medio; y<br />
la disminución del espesor de la capa de ozono.<br />
Inversión térmica.<br />
El fenómeno de inversión térmica se presenta cuando en las noches despejadas el suelo ha<br />
perdido calor por radiación, las capas de aire cercanas a él se enfrían más rápido que las capas<br />
superiores de aire lo cual provoca que se genere un gradiente positivo de temperatura con la altitud<br />
(lo que es un fenómeno contrario al que se presenta normalmente, la temperatura de la troposfera<br />
disminuye con la altitud). Esto provoca que la capa de aire caliente quede atrapada entre las 2 capas<br />
de aire frío sin poder circular, ya que la presencia de la capa de aire frío cerca del suelo le da gran<br />
estabilidad a la atmósfera porque prácticamente no hay convección térmica, ni fenómenos de<br />
transporte y difusión de gases y esto hace que disminuya la velocidad de mezclado vertical entre la<br />
región que hay entre las 2 capas frías de aire.<br />
El fenómeno climatológico denominado inversión térmica se presenta normalmente en las<br />
mañanas frías sobre los valles de escasa circulación de aire en todos los ecosistemas terrestres.<br />
También se presenta este fenómeno en las cuencas cercanas a las laderas de las montañas<br />
en noches frías debido a que el aire frío de las laderas desplaza al aire caliente de la cuenca<br />
provocando el gradiente positivo de temperatura.<br />
Cuando se emiten contaminantes al aire en condiciones de inversión térmica, se acumulan<br />
(aumenta su concentración) debido a que los fenómenos de transporte y difusión de los<br />
contaminantes ocurren demasiado lentos, provocando graves episodios de contaminación<br />
atmosférica de consecuencias graves para la salud de los seres vivos.<br />
La inversión térmica es un fenómeno peligroso para la vida cuando hay contaminación porque<br />
al comprimir la capa de aire frío a los contaminantes contra el suelo la concentración de los gases<br />
tóxicos puede llegar hasta equivaler a 14 veces más.<br />
Condiciones de inversión térmica de larga duración con contaminantes de bióxido de azufre y<br />
partículas de hollín causaron la muerte de miles de personas en Londres, Inglaterra en 1952 y en el<br />
Valle de Ruhr, Alemania en 1962.<br />
Generalmente, la inversión térmica se termina (rompe) cuando se calienta el suelo y vuelve a<br />
emitir calor lo cual restablece la circulación normal en la troposfera.<br />
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Smog.<br />
La palabra inglesa smog (de smoke: humo y fog: niebla) se usa para designar la<br />
contaminación atmosférica que se produce en algunas ciudades como resultado de la combinación<br />
de unas determinadas circunstancias climatológicas y unos concretos contaminantes.<br />
A veces, no muy frecuentemente, se traduce por neblumo (niebla y humo). Hay dos tipos muy<br />
diferentes de smog:<br />
Smog Industrial<br />
El llamado smog industrial o gris fue muy típico en algunas ciudades grandes, como Londres o<br />
Chicago, con mucha industria, en las que, hasta hace unos años, se quemaban grandes cantidades<br />
de carbón y petróleo pesado con mucho azufre, en instalaciones industriales y de calefacción.<br />
En estas ciudades se formaba una mezcla de dióxido de azufre, gotitas de ácido sulfúrico<br />
formada a partir del anterior y una gran variedad de partículas sólidas en suspensión, que originaba<br />
una espesa niebla cargada de contaminantes, con efectos muy nocivos para la salud de las personas<br />
y para la conservación de edificios y materiales.<br />
En la actualidad en los países desarrollados los combustibles que originan este tipo de<br />
contaminación se queman en instalaciones con sistemas de depuración o dispersión mejores y<br />
raramente se encuentra este tipo de polución, pero en países en vías de industrialización como China<br />
o algunos países de Europa del Este, todavía es un grave problema en algunas ciudades.<br />
Smog fotoquímico<br />
En muchas ciudades el principal problema de contaminación es el llamado smog fotoquímico.<br />
Con este nombre nos referimos a una mezcla de contaminantes de origen primario (NOx e<br />
hidrocarburos volátiles) con otros secundarios (ozono, peroxiacilo, radicales hidroxilo, etc.) que se<br />
forman por reacciones producidas por la luz solar al incidir sobre los primeros.<br />
Esta mezcla oscurece la atmósfera dejando un aire teñido de color marrón rojizo cargado de<br />
componentes dañinos para los seres vivos y los materiales. Aunque prácticamente en todas las<br />
ciudades del mundo hay problemas con este tipo de contaminación, es especialmente importante en<br />
las que están en lugares con clima seco, cálido y soleado, y tienen muchos vehículos.<br />
El verano es la peor estación para este tipo de polución y, además, algunos fenómenos<br />
climatológicas, como las inversiones térmicas, pueden agravar este problema en determinadas<br />
épocas ya que dificultan la renovación del aire y la eliminación de los contaminantes.<br />
En la situación habitual de la atmósfera la temperatura desciende con la altitud lo que favorece<br />
que suba el aire más caliente (menos denso) y arrastre a los contaminantes hacia arriba.<br />
En una situación de inversión térmica una capa de aire más cálido se sitúa sobre el aire<br />
superficial más frío e impide la ascensión de este último (más denso), por lo que la contaminación<br />
queda encerrada y va aumentando.<br />
Las reacciones fotoquímicas que originan este fenómeno suceden cuando la mezcla de<br />
óxidos de nitrógeno e hidrocarburos volátiles emitida por los automóviles y el oxígeno atmosférico<br />
reaccionan, inducidos por la luz solar, en un complejo sistema de reacciones que acaba formando<br />
ozono.<br />
15<br />
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El ozono es una molécula muy reactiva que sigue reaccionando con otros contaminantes<br />
presentes en el aire y acaba formando un conjunto de varias decenas de sustancias distintas como<br />
nitratos de peroxiacilo (PAN), peróxido de hidrógeno (H2O2), radicales hidroxilo (OH), formaldehído,<br />
etc.<br />
Estas sustancias, en conjunto, pueden producir importantes daños en las plantas, irritación<br />
ocular, problemas respiratorios, etc.<br />
Lluvia ácida.<br />
La lluvia ácida se forma cuando la humedad en el aire se combina con el óxido de nitrógeno o<br />
el dióxido de azufre emitido por fábricas, centrales eléctricas y automotores que queman carbón o<br />
aceite.<br />
Esta combinación química de gases con el vapor de agua forma el ácido sulfúrico y los ácidos<br />
nítricos, sustancias que caen en el suelo en forma de precipitación o lluvia ácida. Los contaminantes<br />
que pueden formar la lluvia ácida pueden recorrer grandes distancias, y los vientos los trasladan<br />
miles de kilómetros antes de precipitarse con el rocío, la llovizna, o lluvia, el granizo, la nieve o la<br />
niebla normales del lugar, que se vuelven ácidos al combinarse con dichos gases residuales.<br />
La lluvia ácida presenta un pH menor (más ácido) que la lluvia normal o limpia. Constituye un<br />
serio problema ambiental ocasionado principalmente por la contaminación de hidrocarburos fósiles.<br />
La lluvia ácida se forma generalmente en las nubes altas donde el SO2 y los NOx reaccionan<br />
con el agua y el oxígeno, formando una solución diluida de ácido sulfúrico y ácido nítrico. La radiación<br />
solar aumenta la velocidad de esta reacción.<br />
16<br />
La lluvia ácida se forma gracias a reacciones como:<br />
CO2 + H2O H2CO3<br />
SO2 + H2O H2SO3<br />
2 SO2 + O2 2 SO3<br />
SO3 + H2O H2SO4<br />
Las reacciones químicas directas del nitrógeno generalmente requieren altas temperaturas,<br />
debido a su poca reactividad química. Su reacción con el oxígeno puede efectuarse usando una<br />
descarga eléctrica de alto voltaje:<br />
N2 + O2 2 NO<br />
(Óxido nítrico, gas incoloro)<br />
2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)<br />
(Bióxido de nitrógeno, gas café)<br />
El bióxido de nitrógeno existe en equilibrio con su dímero, el tetróxido de dinitrógeno, N2O4 ,<br />
que es un gas incoloro y se licua a 21.3ºC.<br />
NO2 (g) N2O4 (g)<br />
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El dióxido de nitrógeno se descompone por la acción de la luz solar en óxido nítrico y oxígeno<br />
atómico (es muy reactivo).<br />
17<br />
NO2 (g) + hv NO(g) + O (g).<br />
El bióxido de nitrógeno se combina con el agua produciendo ácido nítrico y óxido nítrico o<br />
ácido nítrico y ácido nitroso, según la cantidad de bióxido de nitrógeno que reaccione con el agua:<br />
3 NO2 (g) + H2O(v) 2 HNO3(l) + NO(g)<br />
2 NO2 (g) + H2O(v) HNO3(l) + HNO2 (l)<br />
La lluvia, la nieve, la niebla y otras formas de precipitación arrastran estos contaminantes<br />
hacia las partes bajas de la atmósfera, depositándolos sobre las hojas de las plantas, los edificios, los<br />
monumentos y el suelo.<br />
A través del ciclo hidrológico, el agua se mueve en plantas y animales, ríos, lagos y océanos,<br />
evaporándose a la atmósfera y formando nubes que viajan empujadas por el viento, de tal suerte que<br />
si transportan contaminantes, éstos pueden alcanzar casi cualquier lugar sobre la superficie terrestre.<br />
Una lluvia ¨limpia¨ es imposible de despojar de partículas de polvo y polen y de un pH cercano<br />
al 5.6 (ligeramente ácido). Al adicionarse SO2 y NOx el pH se torna dramáticamente ácido (por los<br />
ácidos sulfúrico y nítrico formados en la atmósfera).<br />
¿Cómo afecta la lluvia ácida? La lluvia ácida huele, se ve y se siente igual que la lluvia<br />
normal, y se podría decir que podemos bañarnos con ella sin sentir un efecto inmediato especial. El<br />
daño que produce a las personas no es directo, es más inmediato el efecto de los contaminantes que<br />
producen esta lluvia y que llegan al organismo cuando éste los respira, afectando su salud.<br />
Los productos del hombre, monumentos y edificios, son más susceptibles a la acción de la<br />
lluvia ácida. Muchas ruinas han desaparecido o están en vías de hacerlo, a causa de este factor.<br />
En los bosques la situación es un tanto distinta. Aunque los científicos no se han puesto de<br />
acuerdo con respecto a los efectos inmediatos concretos, todos estiman que la lluvia ácida no mata<br />
directamente a plantas y árboles, sino que actúa a través de ciertos mecanismos que los debilitan,<br />
haciéndolos más vulnerables a la acción del viento, el frío, la sequía, las enfermedades y los<br />
parásitos.<br />
La lluvia ácida afecta directamente las hojas de los vegetales, despojándolas de su cubierta<br />
cerosa y provocando pequeñas lesiones que alteran la acción fotosintética.<br />
Con ello, las plantas pierden hojas y así, la posibilidad de alimentarse adecuadamente. En<br />
ocasiones la lluvia ácida hace que pe<strong>net</strong>ren al vegetal ciertos elementos como el aluminio (éste<br />
bloquea la absorción de nutrientes en las raíces), que afectan directamente su desarrollo.<br />
Los efectos de la lluvia ácida en el suelo pueden verse incrementados en bosques de zonas<br />
de alta montaña, donde la niebla aporta cantidades importantes de los contaminantes en cuestión.<br />
Las áreas de cultivo no son tan vulnerables a los efectos de la lluvia ácida, toda vez que<br />
generalmente son abonadas con fertilizantes que restituyen nutrientes y amortiguan la acidez.<br />
La naturaleza posee ciertos mecanismos para regular la acidez producida por causas<br />
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naturales.<br />
El suelo, sobre todo el calizo, ejerce una acción amortiguadora (buffer) que impide que el pH<br />
se torne demasiado ácido. No obstante, la mayor cantidad de contaminantes llegan al medio como<br />
producto de la actividad humana, que los produce en cantidades colosales, que no pueden ser<br />
amortiguadas.<br />
En sitios donde los suelos no son tan buenos amortiguadores, o donde el aporte de<br />
contaminantes es muy superior a lo que puede reciclarse, se acentúan los efectos nocivos de la lluvia<br />
ácida.<br />
Los efectos de la lluvia ácida en medios acuáticos (lagos, ríos, estanques) son más evidentes,<br />
toda vez que los organismos que en ellos habitan son más vulnerables a las variaciones de pH.<br />
18<br />
Organismo<br />
Límite que<br />
soporta (pH)<br />
trucha 5.0<br />
perca 4.5<br />
rana 4.0<br />
salamandra 5.0<br />
lombriz 6.0<br />
mosca 5.5<br />
acocil 6.0<br />
Los organismos adultos pueden ser mucho más resistentes a la acidez, no obstante, cuando<br />
los huevos o los jóvenes son afectados por ella, o cuando el alimento natural que los sostiene es<br />
abatido por la acidez, los adultos se debilitan o la población merma y puede llegar a desaparecer.<br />
Algunas de las especies químicas que hay en la atmósfera como el SO2, NO, NO2 , CO, CO2 ,<br />
NH3 , pueden interactuar con el vapor de agua del aire produciendo iones o ácidos que son los que<br />
forman la lluvia ácida.<br />
El agua pura tiene un pH = 7 a 25ºC y una presión de una atmósfera, se ioniza formando iones<br />
hidrógeno o protones y iones oxidrilo o hidroxilo, con una concentración cada uno de 10 -7 moles/L.<br />
El agua de lluvia es ligeramente ácida porque el agua y el dióxido de carbono del aire forman<br />
ácido carbónico y tiene un pH entre 5.7 y 7. En lugares contaminados por ácido sulfúrico y ácido<br />
nítrico el pH de esa lluvia varía entre 5 y 3.<br />
El dióxido de azufre y los óxidos nítrico y nitroso son originados principalmente por las<br />
termoeléctricas, los motores de combustión interna de coches y aviones y algunas otras industrias.<br />
Casi todas las construcciones que hace el hombre como edificios, monumentos y maquinaria<br />
son corroídos por exposición prolongada a ácidos diluidos, sin embargo, sus efectos a largo plazo<br />
sobre la naturaleza son más importantes. El incremento de ácidos en el suelo acelera la velocidad de<br />
lixiviación de los nutrientes vitales como el calcio, para las plantas y la vida acuática (afecta el<br />
desarrollo de los huevos de los peces).<br />
La contaminación del agua.<br />
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El agua es considerada como contaminada cuando sus características naturales están<br />
alteradas de tal modo que la hace total o parcialmente inadecuada para el uso al que es destinada.<br />
19<br />
Principales causas de contaminación del agua:<br />
Descargas de aguas servidas domiciliarias (desagües) a ríos, lagos, mares,etc.<br />
Descargas de desagües industriales y aguas servidas<br />
Emisiones industriales en polvo (cementos, yeso, etc)<br />
Basurales (metano, malos olores).<br />
Quema de basuras (CO2 y gases tóxicos).<br />
Incendios forestales (CO2).<br />
Fumigaciones aéreas (líquidos tóxicos en suspensión).<br />
Derrames de petróleo (Hidrocarburos gaseosos)<br />
Corrientes de aire y relación presión/temperatura<br />
¿Como afecta a nuestra salud la contaminación del agua?<br />
Mediante la transmisión de enfermedades (parasitarias, disenterías, hepatitis, tifoidea, cólera,<br />
etc.) en forma directa o indirecta:<br />
Directa: cuando se consume agua contaminada<br />
Indirecta: cuando plantas y animales han sido contaminados y luego sirven de alimento a las<br />
personas<br />
El agua debe controlarse mediante unos parámetros y unidades de medida. Entre los más<br />
importantes:<br />
-PH, mide el grado de acidez o alcalinidad.<br />
-ST (sólidos totales), sólidos disueltos y suspendidos.<br />
-STV (sólidos volátiles), orgánicos biodegradables.<br />
-STF (sólidos fijos, no volátiles), no biodegradables o difícilmente biodegradables.<br />
-N (nitrógeno) y P (fósforo), sin ellos no existe posibilidad de depuración biológica.<br />
-Presencia de virus y bacterias.<br />
-El olor y color.<br />
-Los metales pesados (Cu, Cr, Cd, Hg), tóxicos y peligrosos.<br />
- El contenido de arenas y sólidos diversos.<br />
La contaminación de las aguas, destinadas al consumo humano, puede tener distintos<br />
orígenes: vertidos de aguas usadas de origen animal o humano, vertidos de aguas o líquidos<br />
residuales industriales, etc. Los numerosos contaminantes y microcontaminantes, que pueden<br />
encontrarse en el agua destinada al consumo humano, se clasifican en tres categorías:<br />
Contaminantes y microcontaminantes minerales (metales pesados, flúor, arsénico).<br />
Contaminantes y microcontaminantes orgánicos (fenoles y sus derivados, hidrocarburos,<br />
detergentes...).<br />
Contaminantes y microcontaminantes biológicos (microorganismos y virus).<br />
Una vez conocida el agua disponible y sus características físicas, químicas y bacteriológicas,<br />
se deduce el grado y profundidad de tratamiento a dar a la misma. Algunos de los procedimientos y<br />
procesos que se utilizan son: el desbaste grueso y fino, el tamizado, el desarenado, y la filtración con<br />
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distintos medios filtrantes.<br />
Por otra parte, la industria tiende a utilizar, en general, aguas de superficie cuya mineralización<br />
es normalmente más baja que la de las aguas subterráneas de la misma zona, generalmente, su uso<br />
se destina a la fabricación de productos (papeleras, industrias textiles y agrícola-alimentarias, etc.), al<br />
transporte de materias primas o de desechos (remolachas, carbón de los lavaderos, fibras de<br />
papelera, etc. ) y al lavado de gases utilizados en la industria metalúrgica y en la industria química.<br />
Uso Urbano.<br />
Se calcula que en el año 2000 se extrajeron 72 km 3 de agua de los ríos, lagos y acuíferos del<br />
país para los principales usos consuntivos, lo que representa el 15% del agua disponible (presión de<br />
demanda). El uso consuntivo predominante en México es el agrícola, ya que en la actualidad el 78%<br />
del agua extraída se utiliza para el riego de 6.3 millones de hectáreas, le sigue el uso público urbano<br />
con 11.5% y el industrial con 8.5%. Otros usos como el pecuario o el destinado a la acuacultura<br />
consumen el restante 2.2%. Esta distribución del uso del agua es parecida a la que tienen países<br />
como Brasil, Egipto y Turquía, pero muy diferente a la de países desarrollados, donde la proporción<br />
destinada a usos industriales es mucho mayor.<br />
La proporción de agua que se dedica a distintas actividades muestra diferencias importantes.<br />
Mientras que en la región del Pacífico Norte más del 90% del agua se destina a actividades agrícolas,<br />
en la región del Golfo Centro no alcanza el 50%. Las regiones Pacífico Sur (20.7%), Golfo Centro<br />
(16.5%), Frontera Sur (26.3%), Península de Yucatán (27.2%) y el Valle de México (35.6%) son las<br />
que, en proporción, designan más agua al uso público urbano.<br />
El abastecimiento de agua para uso agrícola proviene principalmente de agua superficial<br />
(65.8%), en contraste con el agua que se destina al uso público e industrial, que proviene en su<br />
mayor parte de fuentes subterráneas (69 y 58% respectivamente). Sin embargo, en el periodo de<br />
1998 a 2000 se incrementó el agua subterránea utilizada para fines agrícolas en alrededor de 3 000<br />
km 3 /año, volumen que representa el 52% del agua que se destinó.<br />
20<br />
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Uso Industrial.<br />
El agua reservada para uso industrial en general es inferior al uso público, excepto en las regiones<br />
del Golfo Norte y Golfo Centro, donde resulta superior. Las hidroeléctricas emplean para su<br />
funcionamiento un volumen promedio de 143 km 3 de agua para generar 32 624 GWh de electricidad<br />
(17% del total del país), pero no la consumen.<br />
Sistemas dispersos.<br />
Las mezclas están formadas por dos o más sustancias puras. Están formadas por partículas<br />
diferentes.<br />
Las mezclas no tienen propiedades especificas bien definidas. Las propiedades dependen de<br />
su composición, que puede ser variable según la proporción en la que intervengan los distintos<br />
ingredientes de la mezcla.<br />
Por ejemplo, el agua del mar tiene una densidad y una temperatura de fusión y de ebullición<br />
que no son fijas, sino que depende de la cantidad de sales disueltas.<br />
Mezclas homogéneas y heterogéneas.<br />
Hay dos clases de mezclas:<br />
- Mezclas homogéneas o disoluciones: tienen un aspecto uniforme, son aquellas en las que no<br />
podemos distinguir visualmente sus componentes, como ocurre con el aire, el agua del mar, etc.<br />
- Mezclas heterogéneas: son aquellas en las que sí se distinguen los componentes como ocurre con<br />
el granito o con algunos detergentes en polvo.<br />
Métodos de separación de mezclas.<br />
Las técnicas que se emplean para separar unas sustancias de otras, en una mezcla o en una<br />
disolución depende de las sustancias y del modo en que estén unidas.<br />
Podemos distinguir:<br />
Métodos mecánicos.<br />
Métodos térmicos.<br />
MÉTODOS MECÁNICOS<br />
Decantación<br />
21<br />
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Se emplea para separar las mezclas formadas por capas, por ejemplo, las<br />
mezclas de agua y aceite.<br />
El procedimiento consiste en separar (decantar) una de las capas, la superior<br />
o la inferior, intentando que las demás queden en el recipiente que contiene la<br />
mezcla.<br />
Cuando se trata de una mezcla de varios líquidos inmiscibles, para separarlos,<br />
se coloca esta en un embudo de decantación, en el que los líquidos más<br />
densos quedan en el fondo. Abriendo y cerrando la llave, podemos separarlos<br />
en distintos recipientes.<br />
Sedimentación<br />
Se emplea para separar sólidos en suspensión acuosa, como los<br />
que se puede encontrarse en las depuradoras.<br />
El procedimiento consiste en dejar el líquido turbio en reposo el<br />
tiempo necesario para que los componentes sólidos caigan al fondo<br />
por su mayor densidad.<br />
22<br />
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Centrifugación<br />
23<br />
En realidad, es un proceso de sedimentación acelerado.<br />
Si el líquido turbio se pone en un recipiente y luego se le hace girar a<br />
alta velocidad en una centrifugadora, los fragmentos sólidos se irán al<br />
fondo enseguida.-<br />
Filtración<br />
Cuando la cantidad de sólidos mezclada con los líquidos es<br />
pequeña o cuando los líquidos obtenidos de la sedimentación<br />
siguen turbios, se recurre a la filtración.<br />
La filtración consiste en hacer pasar el líquido a través de un<br />
material poroso, generalmente papel de filtro, cuyo tamaño de poro<br />
sea inferior al de las partículas sólidas en suspensión.<br />
Separación magnética<br />
La separación magnética se utiliza para extraer<br />
los minerales ferromagnéticos, como la mag<strong>net</strong>ita;<br />
para separar el hierro y otros metales de las<br />
basuras, etc.<br />
MÉTODOS TÉRMICOS<br />
Evaporación a sequedad<br />
Si tenemos una disolución líquida en la que el soluto es un sólido podemos separar el soluto<br />
del disolvente calentando lo suficiente para que este hierva, o se evapore, dejando como residuo el<br />
soluto, que es un polvo amorfo, no cristalino.<br />
Este es un procedimiento rápido y por ello muy utilizado en la industria.<br />
En el laboratorio para evaporar a sequedad se utiliza una cápsula de porcelana. Este procedimiento<br />
no debe usarse cuando los disolventes son inflamables.<br />
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Cristalización<br />
Es una técnica similar a la evaporación a sequedad, solo que en este caso no calentamos la<br />
disolución, sino que se deja que el disolvente, por lo general agua, se evapore de forma lenta debido<br />
al calor del ambiente.<br />
Es un proceso más lento que la evaporación a sequedad, pero el soluto se obtiene formando<br />
cristales. Es el procedimiento ideal para formar cristales muy perfectos de cualquier sustancia soluble.<br />
Destilación<br />
24<br />
La cristalización se emplea industrialmente par obtener la sal a partir del agua del mar.<br />
La destilación es el procedimiento mas adecuado para<br />
obtener líquidos muy puros y también para separar los<br />
componentes de disoluciones de líquido en líquido, como<br />
es el caso del petróleo o la obtención de alcohol a partir<br />
de vinos de mala calidad u otros líquidos fermentados.<br />
Disolución<br />
En química, una disolución (del latín disolutio) es una mezcla homogénea, a nivel molecular de una<br />
o más especies químicas que no reaccionan entre sí; cuyos componentes se encuentran en<br />
proporción que varía entre ciertos límites.<br />
Toda disolución está formada por una fase dispersa llamada soluto y un medio dispersante<br />
denominado disolvente. También se define disolvente como la sustancia que existe en mayor<br />
cantidad que el soluto en la disolución. Si ambos, soluto y disolvente, existen en igual cantidad (como<br />
un 50% de etanol y 50% de agua en una disolución), la sustancia que es más frecuentemente<br />
utilizada como disolvente es la que se designa como tal (en este caso, el agua). Una disolución puede<br />
estar formada por uno o más solutos y uno o más disolventes. Una disolución será una mezcla en la<br />
misma proporción en cualquier cantidad que tomemos (por pequeña que sea la gota), y no se podrán<br />
separar por centrifugación ni filtración.<br />
Un ejemplo común podría ser un sólido disuelto en un líquido, como la sal o el azúcar disuelto en<br />
agua (o incluso el oro en mercurio, formando una amalgama)<br />
Se distingue de una suspensión, que es una mezcla en la que el soluto no está totalmente disgregado<br />
en el disolvente, sino dispersado en pequeñas partículas. Así, diferentes gotas pueden tener diferente<br />
cantidad de una sustancia en suspensión. Mientras una disolución es siempre transparente, una<br />
suspensión presentará turbidez, será traslúcida u opaca. Una emulsión será intermedia entre<br />
disolución y suspensión.<br />
Características de las Disoluciones.<br />
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1.- Son mezclas homogéneas<br />
2.- La cantidad de soluto y la cantidad de disolvente se encuentran en proporciones que varían entre<br />
ciertos límites. Normalmente el disolvente se encuentra en mayor proporción que el soluto, aunque no<br />
siempre es así. La proporción en que tengamos el soluto en el seno del disolvente depende del tipo<br />
de interacción que se produzca entre ellos. Esta interacción está relacionada con la solubilidad del<br />
soluto en el disolvente. Una disolución que contenga poca cantidad es una disolución diluida. A<br />
medida que aumente la proporción de soluto tendremos disoluciones más concentradas, hasta que el<br />
disolvente no admite más soluto, entonces la disolución es saturada. Por encima de la saturación<br />
tenemos las disoluciones sobresaturadas. Por ejemplo, 100g de agua a 0ºC son capaces de disolver<br />
hasta 37,5g de NaCl (cloruro de sodio o sal común), pero si mezclamos 40g de NaCl con 100g de<br />
agua a la temperatura señalada, quedará una solución saturada.<br />
3.- Sus propiedades físicas dependen de su concentración:<br />
Disolución HCl (ácido clorhídrico) 12 mol/L Densidad = 1,18 g/cm 3<br />
Disolución HCl (ácido clorhídrico) 6 mol/L Densidad = 1,10 g/cm 3<br />
4.- Sus componentes se separan por cambios de fases, como la fusión, evaporación, condensación,<br />
etc.<br />
5.- Tienen ausencia de sedimentación, es decir al someter una disolución a un proceso de<br />
centrifugación las partículas del soluto no sedimentan debido a que el tamaño de las mismas son<br />
inferiores a 10 Angstrom (ºA).<br />
Clasificación de las disoluciones<br />
por su estado de agregación por su concentración<br />
sólidas<br />
líquidas<br />
25<br />
sólido en sólido:<br />
aleaciones como<br />
zinc en estaño<br />
(latón);<br />
gas en sólido:<br />
hidrógeno en<br />
paladio;<br />
líquido en sólido:<br />
mercurio en plata<br />
(amalgama).<br />
líquido en líquido:<br />
alcohol en agua;<br />
sólido en líquido:<br />
sal en agua<br />
(salmuera);<br />
gas en líquido:<br />
oxígeno en agua<br />
No saturada; es aquella en donde la fase dispersa y la<br />
dispersante no están en equilibrio a una temperatura dada; es<br />
decir, ellas pueden admitir más soluto hasta alcanzar su grado de<br />
saturación. Ej.: a 0ºC 100g de agua disuelven 37,5 NaCl, es decir,<br />
a la temperatura dada, una disolución que contengan 20g NaCl en<br />
100g de agua, es no saturada.<br />
Saturada: en esta disolución hay un equilibrio entre la fase<br />
dispersa y el medio dispersante, ya que a la temperatura que se<br />
tome en consideración, el solvente no es capaz de disolver más<br />
soluto. Ej.: una disolución acuosa saturada de NaCl es aquella<br />
que contiene 37,5g disueltos en 100g de agua 0ºC.<br />
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gaseosas<br />
26<br />
gas en gas:<br />
oxígeno en<br />
nitrógeno;<br />
líquido en gas:<br />
nieblas<br />
sólido en gas:<br />
humos<br />
Sobre saturada: representa un tipo de disolución inestable, ya<br />
que presenta disuelto más soluto que el permitido para la<br />
temperatura dada. Para preparar este tipo de disolución se agrega<br />
soluto en exceso, a elevada temperatura y luego se enfría el<br />
sistema lentamente. Estas disolución es inestable, ya que al<br />
añadir un cristal muy pequeño del soluto, el exceso existente<br />
precipita; de igual manera sucede con un cambio brusco de<br />
temperatura.<br />
En función de la naturaleza de solutos y disolventes, las leyes que rigen las disoluciones son<br />
distintas.<br />
Sólidos en sólidos: Leyes de las disoluciones sólidas.<br />
Sólidos en líquidos: Leyes de la solubilidad.<br />
Sólidos en gases: Movimientos brownianos y leyes de los coloides.<br />
Líquidos en líquidos: Tensión interfacial.<br />
Gases en líquidos: Ley de Henry.<br />
Por la relación que existe entre el soluto y la disolución, algunos autores clasifican las disoluciones en<br />
diluidas y concentradas, las concentradas se subdividen en saturadas y sobre saturadas. Las<br />
diluidas, se refieren a aquellas que poseen poca cantidad de soluto en relación a la cantidad de<br />
disolución; y las concentradas cuando poseen gran cantidad de soluto. Es inconveniente la utilización<br />
de esta clasificación debido a que no todas las sustancias se disuelven en la misma proporción en un<br />
determinada cantidad de disolvente a una temperatura dada. Ej.: a 25ºC en 100g de agua se<br />
disuelven 0,000246g de BaSO4. Esta disolución es concentrada (saturada) porque ella no admite más<br />
sal, aunque por la poca cantidad de soluto disuelto debería clasificarse como diluida. Por ello es más<br />
conveniente clasificar a las soluciones como no saturadas, saturadas y sobre saturadas.<br />
Disolvente<br />
Se denomina disolvente (y, en ocasiones, solvente) a aquella sustancia que permite la dispersión de<br />
otra en su seno. Es el medio dispersante de la disolución. Normalmente, el disolvente establece el<br />
estado físico de la disolución, por lo que se dice que el disolvente es el componente de una<br />
disolución que está en el mismo estado físico que la disolución. También es el componente de la<br />
mezcla que se encuentra en mayor proporción.<br />
Las moléculas de disolvente ejercen su acción al interaccionar con las de soluto y rodearlas. Se<br />
conoce como solvatación. Solutos polares serán disueltos por disolventes polares al establecerse<br />
interacciones electrostáticas entre los dipolos. Los solutos apolares disuelven las sustancias apolares<br />
por interacciones entre dipolos inducidos.<br />
El agua es descrita muchas veces como el solvente universal, porque disuelve a más del 50 % de los<br />
compuestos conocidos.<br />
Aspectos terminológicos<br />
Los disolventes son denominados, en ocasiones, solventes por influencia del inglés, pero la<br />
denominación más correcta es la de disolventes. Lo mismo sucede con el término disolución que se<br />
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encuentra en muchos textos traducidos del inglés como solución, que la Real Academia de la Lengua<br />
lo define en su primera acepción como: "Acción y efecto de resolver una duda o dificultad", y en una<br />
segunda: "Mat. Cada una de las cantidades que satisfacen las condiciones de un problema o de una<br />
ecuación", aunque ya haya aceptado dicho término como sinónimo de disolución.<br />
Clasificación de los disolventes<br />
Soluto<br />
Solventes polares: Son sustancias en cuyas moléculas la distribución de la nube electrónica<br />
es asimétrica; por lo tanto, la molécula presenta un polo positivo y otro negativo separados por<br />
una cierta distancia. Hay un dipolo permanente. El ejemplo clásico de solvente polar es el<br />
agua. Los alcoholes de baja masa molecular también pertenecen a este tipo.<br />
Los disolventes polares se pueden subdividir en solventes próticos y solventes apróticos. Un<br />
disolvente polar prótico contiene un enlace del O-H o del N-H. Un disolvente polar áprotico es<br />
un disolvente polar que no tiene enlaces O-H o N-H. Agua (H-O-H), etanol (CH3-CH2-OH) y<br />
ácido acético (CH3-C(=O)OH) son disolventes polares próticos. La acetona (CH3-C(=O)-CH3)<br />
es un disolvente polar aprótico.<br />
Solventes apolares: En general son sustancias de tipo orgánico y en cuyas moléculas la<br />
distribución de la nube electrónica es simétrica; por lo tanto, estas sustancias carecen de polo<br />
positivo y negativo en sus moléculas. No pueden considerarse dipolos permanentes. Esto no<br />
implica que algunos de sus enlaces sean polares. Todo dependerá de la geometría de sus<br />
moléculas. Si los momentos dipolares individuales de sus enlaces están compensados, la<br />
molécula será, en conjunto, apolar. Algunos solventes de este tipo son: el dietiléter,<br />
cloroformo, benceno, tolueno, etc.<br />
Se llama soluto a la sustancia minoritaria en una disolución o, en general, a la sustancia de interés.<br />
Lo más habitual es que se trate de un sólido que es contenido en una solución líquida (sin que se<br />
forme una segunda fase)<br />
Suspensión (química)<br />
Las suspensiones son mezclas heterogéneas formadas por un sólido en polvo (soluto) o pequeñas<br />
partículas no solubles (fase dispersa) que se dispersan en un medio líquido (dispersante o<br />
dispersora).<br />
Las suspensiones presentan las siguientes características:<br />
Sus partículas son mayores que las de las disoluciones y los coloides, lo que permite<br />
observarlas a simple vista.<br />
Sus partículas se sedimentan si la suspensión se deja en reposo.<br />
Los componentes de la suspensión pueden separarse por medio de centrifugación,<br />
decantación, filtración y evaporación.<br />
Ejemplos de suspensiones son: algunos medicamentos, la arena mezclada con el cemento, las aguas<br />
frescas elaboradas con frutas naturales y algunas pinturas vinílicas.<br />
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Mezcla<br />
Una mezcla es un material formado por dos o más sustancias en proporciones variables que<br />
conservan sus propiedades; las sustancias intervienen en cantidades variables; sus componentes<br />
pueden separarse por medios físicos (destilación, evaporación, cristalización, etc), generalmente no<br />
hay absorción o desprendimiento de energía al hacerlo (interacción química); las sustancias no están<br />
químicamente combinadas, es decir, no se forman nuevas sustancias. Las disoluciones son aquellas<br />
en las que sus componentes se encuentran distribuidos uniformemente. Un tipo de mezcla puede ser<br />
la arena, el cemento, etc.<br />
Las mezclas se clasifican en homogéneas y heterogéneas, según estén constituidas por una fase o<br />
mas. Una fase es la porción de materia que tiene las mismas características y que es físicamente<br />
diferente de la otra porción de materia con la cual está en contacto.<br />
Mezclas Homogéneas: (llamadas también soluciones), tienen apariencia uniforme y solo se<br />
ven como una sola fase. Presentan iguales propiedades en todos sus puntos. Se separan por<br />
cristalización, extracción, destilación y cromatografía. Estas mezclas se conocen más<br />
genéricamente como soluciones. Una solución está constituida por un ―solvente‖, que es el<br />
componente que se halla en mayor cantidad o proporción y uno o más ―solutos‖, que son las<br />
sustancias que se hallan dispersas homogéneamente en el solvente. El solvente universal es<br />
el agua, puede estar a una proporción de 40/60 y el agua continua siendo el solvente en esa<br />
mezcla. Las partículas del soluto son tan pequeñas (moléculas, átomos o iones) que no se<br />
pueden ver ni siquiera con un ultramicroscopio. El tamaño de estas partículas es<br />
aproximadamente la cienmillonésima parte de un centímetro. Por esto no se sedimentan y,<br />
además, atraviesan un papel filtro.<br />
Mezclas Heterogéneas: Presentan un aspecto no uniforme. Se separan por filtración,<br />
decantación y por separación magnética. Están formadas por dos o más sustancias puras que<br />
se combinan, conservando cada una sus propiedades particulares, de tal manera que<br />
podemos distinguir las sustancias que la componen. En las Mezclas heterogéneas podemos<br />
distinguir cuatro tipos de mezclas:<br />
o<br />
Coloides: son aquellas formadas por dos fases sin la posibilidad de mezclarse<br />
los componentes (Fase Sol y Gel). Entre los coloides encontramos la<br />
mayonesa, gelatina, humo del tabaco, el detergente disuelto en agua, etc.<br />
Sol: Estado diluido de la mezcla, pero no llega a ser liquido, tal es el caso de la<br />
mayonesa, las cremas, espumas, etc.<br />
Gel: Estado con mayor cohesión que la fase Sol, pero esta mezcla no alcanza a<br />
ser un estado sólido como por ejemplo la jalea.<br />
Suspensiones: Mezclas heterogéneas formadas por un sólido que se dispersan<br />
en un medio líquido. .<br />
Son una clase de materia que contiene 2 o más sustancias en cantidades variables.<br />
Emulsión<br />
Una emulsión es una mezcla estable y homogénea de dos líquidos que normalmente no pueden<br />
mezclarse, (son inmiscibles entre ellos), como aceite de oliva y agua. Cuando estos dos líquidos<br />
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están en un mismo recipiente se denominan fases. Ejemplos comunes de emulsiones son la leche, la<br />
mayonesa y el fluido de corte que se emplea en metalurgia. Las emulsiones pueden ser coloides<br />
reales o mezclas menos estables, como ciertos aliños de ensalada.<br />
Tipos de emulsiones<br />
La mayor parte de las emulsiones constan de un líquido polar, como el agua; y otro apolar, como el<br />
aceite y la mayoría de disolventes orgánicos. Por este motivo tradicionalmente se denominan agua y<br />
aceite a los dos componentes de la emulsión. Cuando la emulsión es estable, uno de los líquidos se<br />
encuentra formando pequeñas gotas en el interior del otro. Según cual sea el líquido disperso en<br />
gotas, se distinguen dos tipos de emulsiones: de agua en aceite (emulsiones W/O) y de aceite en<br />
agua (emulsiones O/W). En general, los mismos dos líquidos pueden formar ambos tipos de<br />
emulsiones, dependiendo de cual sea la temperatura y la concentración relativa de los componentes.<br />
También pueden existir emulsiones triples del tipo W/O/W o del tipo O/W/O.<br />
Emulgente<br />
Una emulsión puede deshacerse, (separarse los dos líquidos) por factores como la manipulación<br />
mecánica o por efectos químicos, como cuando la leche es cortada por vinagre o zumo de limón.<br />
Un emulgente o emulsionante es una sustancia que ayuda en la formación de una emulsión, como lo<br />
es la yema de huevo en la mayonesa. Otro tipo de emulsionante es el detergente, que se une tanto a<br />
las grasas como al agua, manteniendo gotas microscópicas de grasa en suspensión. Este principio se<br />
utiliza en los preparados lavavajillas, etc. emulsiones=partículas indisoluble al agua<br />
Coloide<br />
En química un coloide, suspensión coloidal o dispersión coloidal es un sistema físico que está<br />
compuesto por dos fases: una continua, normalmente fluida, y otra dispersa en forma de partículas,<br />
por lo general sólidas, de tamaño mesoscópico (es decir, a medio camino entre los mundos<br />
macroscópico y microscópico). Así, se trata de partículas que no son apreciables a simple vista, pero<br />
mucho más grandes que cualquier molécula. En particular, la comunidad científica define la escala<br />
mesoscópica como la situada entre unos 10 nanómetros y 1000 micrómetros.<br />
El nombre coloide fue introducido por el físico escocés Thomas Graham en 1861 y proviene de la raíz<br />
griega kolas que significa que puede pegarse. Este nombre hace referencia a una de las principales<br />
propiedades de los coloides: su tendencia espontánea a agregar o formar coágulos.<br />
Aunque el coloide por excelencia es aquel en el que la fase continua es un líquido y la fase dispersa<br />
se compone de partículas sólidas, pueden encontrarse coloides cuyos componentes se encuentran<br />
en otros estados de agregación. En la siguiente tabla se recogen los distintos tipos de coloides según<br />
el estado de sus fases continua y dispersa:<br />
29<br />
Fase Dispersa<br />
Gas Líquido Sólido<br />
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Fase<br />
Continua<br />
30<br />
Gas<br />
Líquido<br />
Sólido<br />
No es posible porque<br />
todos los gases son<br />
solubles entre sí<br />
Espuma,<br />
Ejemplos: Espuma de<br />
afeitado<br />
Espuma Sólida,<br />
Ejemplos: piedra Pómez,<br />
Aerogeles<br />
Aerosol líquido,<br />
Ejemplos: niebla, bruma<br />
Emulsión,<br />
Ejemplos: Leche, salsa<br />
mayonesa, crema de<br />
manos, sangre<br />
Gel,<br />
Ejemplos: Gelatina,<br />
gominola, queso<br />
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Aerosol sólido,<br />
Ejemplos: Humo,<br />
polvo en<br />
suspensión<br />
Dispersión coloidal,<br />
Ejemplos: Pinturas,<br />
tinta china<br />
Emulsión sólida,<br />
Ejemplos: Cristal de<br />
rubí<br />
Actualmente, y debido a sus aplicaciones industriales y biomédicas, el estudio de los coloides ha<br />
cobrado una gran importancia dentro de la química física y de la física aplicada. Así, numerosos<br />
grupos de investigación de todo el mundo se dedican al estudio de las propiedades ópticas,<br />
acústicas, de estabilidad y de su comportamiento frente a campos externos. En particular, el<br />
comportamiento electrocinético (principalmente las medidas de movilidad electroforética) o la<br />
conductividad de la suspensión completa.<br />
Por lo general, el estudio de los coloides es experimental, aunque también se realizan grandes<br />
esfuerzos en los estudios teóricos, así como en desarrollo de simulaciones informáticas de su<br />
comportamiento. En la mayor parte de los fenómenos coloidales, como la conductividad y la movilidad<br />
electroforética, estas teorías tan sólo reproducen la realidad de manera cualitativa, pero el acuerdo<br />
cuantitativo sigue sin ser completamente satisfactorio.<br />
Propiedades de soluciones coloides<br />
Sus partículas no pueden ser observadas a simple vista.<br />
Los filtros que no pueden atravesar son las membranas semipermeables, como el papel<br />
celofán y el colodión.<br />
Sus partículas presentan movimiento browniano<br />
Sus partículas presentan el efecto Tyndall<br />
Son opalescentes<br />
Ósmosis.<br />
La ósmosis u ósmosis es un fenómeno físico-químico relacionado con el comportamiento del<br />
agua —como solvente de una solución— ante una membrana semipermeable para el solvente (agua)<br />
pero no para los solutos. Tal comportamiento entraña una difusión simple transmembrana de agua,<br />
sin "gasto de energía". La ósmosis es un fenómeno biológico importante para la fisiología celular de
los seres vivos.<br />
Una membrana semipermeable pura contiene poros, al igual que cualquier filtro. El tamaño de<br />
los mismos (poros) es tan minúsculo que deja pasar las moléculas pequeñas pero no las grandes.<br />
Por ejemplo, deja pasar las moléculas de agua que son pequeñas, pero no las de azúcar que son<br />
muy grandes.<br />
Si una membrana como la descrita separa dos líquidos, uno agua pura y otra, agua con<br />
azúcar, van a suceder varias cosas muy bonitas asi como deportivas:<br />
Debido a la temperatura, las moléculas se mueven de un lado para otro. Las moléculas de agua<br />
pasan por los poros en ambas direcciones: de la zona de agua pura a la de agua con azúcar y<br />
viceversa.<br />
Las moléculas de azúcar también se mueven, pero al no poder atravesar la membrana,<br />
rebotarán en ella, aunque algunas, momentáneamente obstruyan los poros. Un detalle importante: se<br />
obstruyen los poros del lado del azúcar (alta concentración), por lo que taponan el paso del agua.<br />
En la zona de agua, baja concentración, todas las moléculas que llegan a los poros son de agua y la<br />
atraviesan.<br />
En la zona de alta concentración llegan a los poros moléculas de agua y moléculas de azúcar;<br />
por tanto, habrá menos moléculas de agua capaces de atravesar la membrana hacia la zona del<br />
agua.<br />
El resultado final es que aunque el agua pasa de la zona de baja concentración a la de alta<br />
concentración y viceversa, hay más moléculas de agua que pasan desde la zona de baja<br />
concentración a la de alta.<br />
Dicho de otro modo, dando el suficiente tiempo, parte del agua de la zona sin azúcar habrá<br />
pasado a la de agua con azúcar. El agua pasa de la zona de baja concentración a la de alta<br />
concentración.<br />
ÓSMOSIS INVERSA<br />
Lo descrito hasta ahora es lo que ocurre en situaciones normales, en las que los dos lados de<br />
la membrana están a la misma presión; si se aumenta la presión del lado de mayor concentración,<br />
puede lograrse que el agua pase desde el lado de alta concentración al de baja concentración.<br />
Se puede decir que se está haciendo lo contrario de la ósmosis, por eso se llama ósmosis<br />
inversa. Téngase en cuenta que en la ósmosis inversa a través de la membrana semipermeable sólo<br />
pasa agua. Es decir, el agua de la zona de alta concentración pasa a la de baja concentración. Pasa<br />
sólo agua.<br />
Si la alta concentración es de sal, por ejemplo agua marina, al aplicar presión, el agua del mar<br />
pasa al otro lado de la membrana. Sólo el agua, no la sal. Es decir, el agua se ha hecho potable. La<br />
ósmosis inversa es, por ello, una de las formas de potabilizar el agua.<br />
Mediante este procedimiento es posible obtener agua potable partiendo de una fuente de agua<br />
salobre (menos de 15.000 microsiemens/cm de conductividad eléctrica) o de agua de mar, que en<br />
condiciones normales puede tener entre 20.000 y 55.000 microsiemens/cm de conductividad.<br />
La medida de la conductividad del agua da una indicación de la cantidad de sales disueltas<br />
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que contiene, dado que el agua pura no es conductora de la electricidad.<br />
Otro ejemplo: Se tiene agua con contaminante "X" cuyas moléculas tienen un tamaño de "Y"<br />
micras, siendo "Y" mayor que el tamaño de la molécula de agua. Si se busca una membrana<br />
semipermeable que deje pasar moléculas de tamaño de las del agua pero no de "Y", al aplicar<br />
presión (ósmosis inversa) se obtendrá agua sin contaminante.<br />
Disoluciones isotónicas.<br />
Si tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentración separadas por una membrana<br />
semipermeable (deja pasar el disolvente pero no el soluto ), se produce el fenómeno de la<br />
ósmosis que sería un tipo de difusión pasiva caracterizada por el paso del agua ( disolvente ) a<br />
través de la membrana semipermeable desde la solución más diluida ( hipotónica ) a la más<br />
concentrada (hipertónica), este trasiego continuará hasta que las dos soluciones tengan la misma<br />
concentración (isotónicas).<br />
Y se entiende por presión osmótica la presión que sería necesaria para detener el flujo de<br />
agua a través de la membrana semipermeable.<br />
La membrana plasmática de la célula puede considerarse como semipermeable, y por ello las<br />
células deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos que las bañan.<br />
Cuando las concentraciones de los fluidos extracelulares e intracelulares es igual , ambas<br />
disoluciones son isotónicas.<br />
Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos se hacer hipertónicos<br />
respecto a la célula, y ésta pierde agua, se deshidrata y mueren (plamólisis).<br />
Y si por el contrario los medios extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a la<br />
célula, el agua tiende a entrar y las células se hinchan, se vuelven turgentes ( turgescencia ),<br />
llegando incluso a estallar.<br />
32<br />
En la industria se usa el proceso de osmosis inversa para eliminar las sales disueltas<br />
Características de los coloides.<br />
Los coloides son sustancias intermedias entre las soluciones verdaderas y las suspensiones.<br />
Esta formado por dos fases:<br />
Dispersante: es el componente que existe en mayor cantidad.<br />
Dispersa: componente en menor cantidad. Las partículas que forman esta parte dispersa no se<br />
sedimentan (aunque se pueden separar por centrifugación), pasan a través de papel filtro y<br />
dispersan la luz.<br />
La diferencia principal entre una solución verdadera, un coloide y una suspensión es el<br />
tamaño de las partículas dispersas.<br />
Las propiedades de los coloides son:<br />
Efecto Tyndall: si un haz luminoso pasa a través de ésta, la luz se dispersa debido a que el<br />
tamaño de las partículas es mayor que la longitud de onda de los rayos luminosos. El rayo<br />
luminoso se hace visible para un observador colocado perpendicularmente a la dirección del rayo<br />
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luminoso.<br />
Movimiento Browniano: es el movimiento caótico, continuo y en zig – zag, que presentan las<br />
partículas de la parte dispersante (teoría cinético molecular).<br />
Adsorción: propiedad que consiste en la unión de las partículas en superficies de dos sustancias<br />
distintas, que las fuerzas que actúan en estas partículas no están equilibradas, debido al tamaño<br />
pequeño de las partículas, tienen una superficie de tamaño muy grande.<br />
Electrofóresis: si los coloides se someten a la acción de un campo eléctrico se desplazan hacia<br />
uno de los electrodos.<br />
Diálisis: es la separación de las partículas coloidales más o menos grandes, de otras más<br />
pequeñas por medio de membranas semi permeables.<br />
Diálisis.<br />
Los líquidos presentes en los organismos son dispersiones de diversas sustancias en el seno<br />
del agua. Según el tamaño de las partículas se formarán dispersiones moleculares o disoluciones<br />
verdaderas como ocurre con las que se forman con las sales minerales o por sustancias orgánicas<br />
de moléculas pequeñas, como los azúcares o aminoácidos.<br />
dos:<br />
33<br />
Las partículas dispersas pueden provocar además del movimiento de ósmosis , estos otros<br />
La diálisis: En este caso pueden atravesar la membrana además del disolvente, moléculas de bajo<br />
peso molecular y éstas pasan atravesando la membrana desde la solución más concentrada a la más<br />
diluida.<br />
La difusión: sería el fenómeno por el cual las moléculas disueltas tienden a distribuirse<br />
uniformemente en el seno del agua. Puede ocurrir también a través de una membrana si es lo<br />
suficientemente permeable.<br />
Así se realizan los intercambios de gases y de algunos nutrientes entre la célula y el medio en el que<br />
vive.<br />
Floculación.<br />
La floculación es un proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias<br />
denominadas floculantes, se aglutina las sustancias coloidales presentes en el agua, facilitando de<br />
esta forma su decantación y posterior remoción. Es un paso del proceso de potabilización de aguas<br />
de origen superficial y del tratamiento de aguas servidas domésticas, industriales y de la minería.<br />
Los compuestos que pueden estar presentes en el agua pueden ser:<br />
Sólidos en suspensión;<br />
Partículas coloidales (menos de 1 micra), gobernadas por el movimiento browniano; y,<br />
Sustancias disueltas (menos que varios nanómetros).<br />
El proceso de floculación es precedido por la coagulación, por eso muchas veces se habla de<br />
los procesos de coagulación-floculación. Estos facilitan la retirada de las sustancias en suspensión y<br />
de las partículas coloidales.<br />
La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales causadas por la adición de<br />
un reactivo químico llamado coagulante el cual, neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que<br />
las partículas tiendan a unirse entre si;<br />
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La floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en micro flóculos y después<br />
en los flóculos más grandes que tienden a depositarse en el fondo de los recipientes construidos para<br />
este fin, denominados sedimentadores.<br />
Los factores que pueden promover la coagulación-floculación son:<br />
gradiente de la velocidad<br />
tiempo<br />
pH<br />
El tiempo y el gradiente de velocidad son importantes al aumentar la probabilidad de que las<br />
partículas se unan y da más tiempo para que las partículas desciendan, por efecto de la gravedad, y<br />
así se acumulen en el fondo. Por otra parte el pH es un factor prominente en acción desestabilizadora<br />
de las sustancias coagulantes y floculantes.<br />
La solución floculante más adaptada a la naturaleza de las materias en suspensión con el fin<br />
de conseguir aguas decantadas limpias y la formación de lodos espesos se determina por pruebas,<br />
ya sea en laboratorio o en el campo.<br />
En la minería, los floculantes utilizados son polímeros sintéticos de alto peso molecular, cuyas<br />
moléculas son de cadena larga y con gran afinidad por las superficies sólidas. Estas macromoléculas<br />
se fijan por adsorción a las partículas y provocan así la floculación por formación de puentes inter<br />
partículas.<br />
Superficie de adsorción.<br />
La adsorción es un proceso por el cual átomos, iónes o moléculas son atrapadas o retenidas<br />
en la superficie de un material, en contraposición a la absorción, que es un fenómeno de volumen.<br />
En química, la adsorción de una sustancia es su acumulación en una determinada superficie.<br />
El resultado es la formación de una película líquida o gaseosa en la superficie de un cuerpo sólido o<br />
líquido. Considérese una superficie limpia expuesta a una atmósfera gaseosa. En el interior del<br />
material, todos los enlaces químicos (ya sean iónicos, covalentes o metálicos) de los átomos<br />
constituyentes están satisfechos.<br />
En cambio, por definición la superficie representa una discontinuidad de esos enlaces. Para<br />
esos enlaces incompletos, es energéticamente favorable el reaccionar con lo que se encuentre<br />
disponible, y por ello se produce de forma espontánea. La naturaleza exacta del enlace depende de<br />
las particularidades de los especimenes implicados, pero el material adsorbido es generalmente<br />
clasificado como fisisorbido o quimisorbido.<br />
La fisisorción es la forma más simple de adsorción, y es debida a débiles fuerzas atractivas,<br />
generalmente fuerzas de Van der Waals. Dado que estas fuerzas son omnipresentes, resulta que<br />
rápidamente cualquier superficie limpia expuesta al ambiente acumula una capa de material<br />
fisisorbido.<br />
La quimisorción ocurre cuando un enlace químico, definido en este caso como un intercambio de<br />
electrones, se forma. El grado de intercambio y lo simétrico que sea dependen de los materiales<br />
involucrados.<br />
La quimisorción es particularmente importante en la catálisis heterogénea, la forma más<br />
común en la industria, donde un catalizador sólido interacciona con un flujo gaseoso, el<br />
34<br />
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35<br />
reactante o los reactantes, en lo que se denomina reacción en lecho fluido.<br />
La adsorción del reactante por la superficie del catalizador crea un enlace químico, alterando<br />
la densidad electrónica alrededor de la molécula reactante y permitiendo reacciones que<br />
normalmente no se producirían en otras circunstancias. La corrosión es un ejemplo de ello.<br />
La cantidad de material que se acumula depende del equilibrio dinámico que se alcanza entre<br />
la tasa a la cual el material se adsorbe a la superficie y la tasa a la cual se evapora, y que<br />
normalmente dependen de forma importante de la temperatura. Cuanto mayor sea la tasa de<br />
adsorción y menor la de desorción, mayor será la fracción de la superficie disponible que será<br />
cubierta por material adsorbido en el equilibrio.<br />
Para estos procesos, resultan interesantes materiales con una gran superficie interna, (y por lo<br />
tanto poco volumen) ya sea en polvo o granular, como el carbón activo, y llevan asociados otros<br />
fenómenos de transporte de material, como el macro transporte y micro transporte de los reactantes.<br />
Características de las suspensiones.<br />
No siempre que una sustancia está en contacto con otra tiene la facilidad de que una se<br />
disuelva en la otra, puesto que hay diversos factores que influyen en la disolución de un material. Así,<br />
pueden ser materiales con propiedades químicas que los repelen (por ejemplo, agua y aceite) o el<br />
tamaño de las partículas no permite su disolución, debido a lo anterior te puedes encontrar con otras<br />
mezclas que reciben el nombre de suspensiones.<br />
Las suspensiones están formadas por una sustancia que se encuentra en mayor proporción<br />
llamadas fases dispersantes y otras que están en menor proporción que se llaman fases dispersas.<br />
Podrás encontrar suspensiones donde las partículas permanecen suspendidas y el líquido se<br />
observa opaco o no permite la visión a través del frasco transparente, por ejemplo, en el agua de<br />
horchata o los medicamentos infantiles (jarabes, etc.) en forma de suspensión.<br />
Hay otras suspensiones en las que las partículas son tan grandes que no pueden permanecer<br />
flotando y se depositan en el fondo.<br />
Concentraciones de las soluciones.<br />
La concentración es la magnitud química que expresa la cantidad de un elemento o un compuesto<br />
por unidad de volumen. En el SI se emplean las unidades mol·m -3 . Cada sustancia tiene una<br />
solubilidad que es la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en una disolución, y depende<br />
de condiciones como la temperatura, presión, y otras substancias disueltas o en suspensión. En<br />
química, para expresar cuantitativamente la proporción entre un soluto y el disolvente en una<br />
disolución se emplean distintas unidades: molaridad, normalidad, molalidad, formalidad, porcentaje<br />
en peso, porcentaje en volumen, fracción molar, partes por millón, partes por billón, partes por trillón,<br />
etc. También se puede expresar cualitativamente empleando términos como diluido, para bajas<br />
concentraciones, o concentrado, para altas.<br />
Molaridad<br />
La molaridad (M) es el número de moles de soluto por litro de solución. Por ejemplo, si se disuelven<br />
0,5 moles de soluto en 100 mL de disolución, se tiene una concentración de ese soluto de 5,0 M (5,0<br />
molar). Para preparar una disolución de esta concentración normalmente se disuelve primero el<br />
soluto en un volumen menor, por ejemplo 30 mL, y se traslada esa disolución a un matraz aforado,<br />
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para después rellenarlo con más disolvente hasta los 100 mL.<br />
Es el método más común de expresar la concentración en química sobre todo cuando se trabaja con<br />
reacciones químicas y relaciones estequiométricas. Sin embargo, tiene el inconveniente de que el<br />
volumen cambia con la temperatura.<br />
Molalidad<br />
La molalidad (m) es el número de moles de soluto por kilogramo de solvente. Para preparar<br />
soluciones de una determinada molalidad en un disolvente, no se emplea un matraz aforado como en<br />
el caso de la molaridad, sino que se puede hacer en un vaso de precipitados y pesando con una<br />
balanza analítica, previo peso del vaso vacío para poderle restar el correspondiente valor.<br />
La principal ventaja de este método de medida respecto a la molaridad es que como el volumen de<br />
una disolución depende de la temperatura y de la presión, cuando éstas cambian, el volumen cambia<br />
con ellas. Gracias a que la molalidad no está en función del volumen, es independiente de la<br />
temperatura y la presión, y puede medirse con mayor precisión.<br />
Es menos empleada que la molaridad.<br />
Peso por volumen<br />
Se pueden usar también las mismas unidades que para medir la densidad aunque no conviene<br />
confundir ambos conceptos. La densidad de la mezcla es la masa de la solución entre el volumen de<br />
esta mientras que la concentración en dichas unidades es la masa de soluto entre el volumen de la<br />
disolución. Se suelen usar los gramos por litro (g/l) y a veces se expresa como «% m/v».<br />
Porcentaje por masa<br />
Masa de soluto por cada cien partes de solución.<br />
Porcentaje por volumen<br />
Expresa el volumen de soluto por cada cien unidades de volumen. Se suele usar para mezclas<br />
gaseosas en las que el volumen es un parámetro importante a tener en cuenta. Es decir, el<br />
porcentaje que representa el soluto en la masa total de la disolución. Suele expresarse como gramo<br />
de soluto/100 g de solución, o simplificadamente como «% m/m»<br />
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Si se prepararon 350 gramos de una disolución colocando 45 gramos de azúcar en agua,<br />
¿cuál será su concentración de % en masa?<br />
Datos:<br />
g. de soluto = 45g. de azúcar<br />
g. de solución = 350g.<br />
% en masa =0.128 x 100<br />
% en masa = 12.8<br />
Por ejemplo, si se prepararon 200ml de una solución colocando 30ml de alcohol en agua,<br />
¿cuál será su concentración de porcentaje en volumen?<br />
Datos:<br />
ml de soluto =30ml de alcohol<br />
ml de solución =200ml.<br />
% en volumen = 0.15 x 100<br />
% en volumen = 15<br />
Formalidad<br />
La formalidad (F) es el número de peso-fórmula-gramo por litro de solución.<br />
F = # PFG / volumen (litro solución)<br />
El número de peso-fórmula-gramo tiene unidad de g / PFG.<br />
Normalidad<br />
La normalidad (N) es el número de equivalentes (n) de soluto (st) por litro de disolución (sc).<br />
Normalidad ácido-base<br />
Es la normalidad de una solución cuando se la utiliza para una reacción como ácido o base. Por esto<br />
suelen titularse utilizando indicadores de pH.<br />
En este caso, los equivalentes pueden expresarse de la siguiente forma:<br />
37<br />
para un ácido, o para una base.<br />
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Donde:<br />
n: es la cantidad de equivalentes.<br />
moles: es la cantidad de moles.<br />
H + : Es la cantidad de protones cedidos por un mol del ácido.<br />
HO – : Es la cantidad de hidroxilos cedidos por un mol de la base.<br />
Por esto, podemos decir lo siguiente:<br />
Donde:<br />
38<br />
para un ácido, o para una base.<br />
N: es la normalidad de la solución.<br />
M: es la molaridad de la solución.<br />
H + : Es la cantidad de protones cedidos por un mol del ácido.<br />
HO – : Es la cantidad de hidroxilos cedidos por un mol de la base.<br />
Ejemplos:<br />
Una solución 1 M de HCl cede 1 M de H + , por lo tanto, es igual a 1 N.<br />
Una solución 1 M de Ca(OH)2 cede 2 M de HO – , por lo tanto, es igual a 2 N.<br />
En este caso, los equivalentes pueden expresarse de la siguiente forma:<br />
Donde:<br />
.<br />
n: es la cantidad de equivalentes.<br />
moles: es la cantidad de moles.<br />
e – : Es la cantidad de electrones intercambiados en la semi reacción de oxidación o reducción.<br />
Por esto, podemos decir lo siguiente:<br />
Donde:<br />
.<br />
N: es la normalidad de la solución.<br />
M: es la molaridad de la solución.<br />
e – : Es la cantidad de electrones intercambiados en la semi reacción de oxidación o reducción.<br />
Ejemplos:<br />
En el siguiente caso vemos que el anión nitrato en medio ácido (por ejemplo el ácido nítrico,<br />
puede actuar como oxidante, donde una solución 1 M, es 3 Nox.<br />
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39<br />
4 H + + NO3 –1 + 3 e – ↔ NO + 2 H2O<br />
En el siguiente caso vemos que el anión ioduro, puede actuar como reductor, donde una<br />
solución 1 M, es 1 Nrd.<br />
2 I – - 2 e – ↔ I2<br />
En el siguiente caso vemos que el catión argéntico, puede actuar como oxidante, donde una<br />
solución 1 M, es 1 Nox.<br />
1 Ag + + 1 e – ↔ Ag 0<br />
ppm, ppb y ppt<br />
Para expresar concentraciones muy pequeñas, trazas de una sustancia muy diluida en otra, es<br />
común emplear las relaciones partes por millón (ppm), partes por "billón" (ppb) y partes por<br />
"trillón" (ppt). El millón equivale a 10 6 , el billón estadounidense, o millardo, a 10 9 y el trillón<br />
estadounidense a 10 12 .<br />
Es de uso relativamente frecuente en la medición de la composición de la atmósfera terrestre. Así el<br />
aumento de dióxido de carbono en el aire debido al calentamiento global se suele dar en dichas<br />
unidades.<br />
Las unidades más comunes en las que se usan son las siguientes:<br />
ppmm = μg × g –1<br />
ppmv = μg × ml –1<br />
ppbm = ng × g –1<br />
ppbv = ng × ml –1<br />
pptm = pg × g –1<br />
pptv = pg × ml –1<br />
*Nota: Se pone una m o una v al final según se trate de partes en volumen o en masa.<br />
Sin embargo, a veces se emplean otras unidades. Por ejemplo, 1 ppm de CO2 en aire podría ser, en<br />
algunos contextos, una molécula de CO2 en un millón de moléculas de aire.<br />
También se habla a veces de relaciones más pequeñas, por ejemplo "cuatrillón". Sin embargo son<br />
concentraciones excesivamente pequeñas y no se suelen emplear.<br />
La IUPAC desaconseja el uso de estas relaciones (especialmente en el caso de masa entre volumen)<br />
y recomienda usar las unidades correspondientes.<br />
Compuestos del carbono.<br />
En el siglo XIX se comenzó en forma con el estudio de las sustancias llamadas orgánicas, se<br />
conocía que estos compuestos estaban formados de pocos elementos químicos como carbono,<br />
oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, azufre, etc. Se tenia pensado que solo se podían obtener de plantas o<br />
animales – de ahí su nombre de compuestos orgánicos –, ya que solo de estos se aislaban, de aquí<br />
la teoría de la ―fuerza vital‖, se pensaba que solo podían ser producidos por las células.<br />
Científicos como Lavoisier, Dalton, Gay – Lussac, Berzelius y Gerhart, estudiaron algunos<br />
compuestos orgánicos, pero les parecía imposible.<br />
En 1828, el químico alemán, Friedrich Whöler, descubrió que calentando una solución acuosa<br />
de una sal inorgánica de cianato de amonio, se producía amonio, Whöler llegó a la conclusión de que<br />
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el cianato de amonio se reagrupa al aplicarle calor dando urea, estas dos sustancias tienen el mismo<br />
número y el mismo tipo de átomos, pero dispuestos en forma diferentes.<br />
40<br />
NH4OCN CO(NH2)2<br />
Cianato de amonio Urea<br />
Este descubrimiento represento un golpe muy fuerte para la teoría de la ―fuerza vital‖, pero<br />
aun así, pasaron muchos años y muchos experimentos para desplazar esta teoría, pero<br />
definitivamente este experimento de Whöler marco el inicio de una nueva era en la química orgánica.<br />
Analizando nuestra realidad, nos damos cuenta que, la química orgánica tiene una gran<br />
importancia en la actualidad, ya que al revisar los tipos de materiales que existen hasta hoy, nos<br />
daremos cuenta que la mayoría implica la actuación de la química orgánica, es decir, compuestos<br />
que contienen carbono, por lo tanto, la química orgánica se define como la química de los<br />
compuestos del carbono.<br />
Otra definición más específica la define como: la ciencia que estudia a los compuestos del<br />
carbono, en cuanto a su composición, propiedades, obtención, transformaciones y usos.<br />
Existen algunos compuestos que contienen carbono como el bióxido de carbono, el ácido<br />
carbónico y todos los carbonatos, que por comodidad se siguen clasificando en la química inorgánica<br />
Estructura de los compuestos del carbono.<br />
Iniciamos nuestro estudio con una pregunta: ¿Qué características del carbono permiten la<br />
abundancia y complejidad de los compuestos orgánicos? La respuesta se divide en dos puntos: su<br />
diversidad estructural (representada por la hibridación) y su estabilidad.<br />
Configuración electrónica del carbono e hibridación (sp, sp 2 , sp 3 ).<br />
Si observamos la configuración electrónica de elementos como el carbono y el Berilio, se<br />
aprecia que las valencias que presentan no concuerdan con su configuración electrónica:<br />
4Be = ↑↓ | ↑↓<br />
1s 2s<br />
6C = ↑↓ | ↑↓ | ↑ ↑ |<br />
1s 2s 2px 2py 2pz<br />
Se observa en compuestos como el Cloruro de Berilio (BeCl2) o el metano (CH4) presentan<br />
ciertas propiedades debido a su enlace. En el caso del cloruro de berilio, el berilio cede dos<br />
electrones al no metal y en el caso del metano, el carbono cede cuatro electrones, pero, ¿cómo es<br />
esto posible, si sus configuraciones electrónicas no parecen indicar tales situaciones?<br />
El berilio, por tener dos electrones en un orbital s y en su último nivel de energía, se parece al<br />
helio; además, sus electrones están apareados y no parece que este elemento deba de combinarse,<br />
pues no debería perder sus electrones y así lo hace.<br />
El carbono tiene dos electrones en el orbital p, entonces podría perder dos electrones y<br />
quedar con dos electrones en el orbital s, pareciéndose al helio; sin embargo, gana cuatro electrones.<br />
Para explicar estos hechos se ha sugerido la hibridación, que implica una mezcla de<br />
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energías entre orbitales puros para dar otros nuevos.<br />
41<br />
Existen varios tipos de Hibridación, entre las cuales resaltaremos:<br />
Hibridación sp<br />
Surgen de la combinación de un orbital s con uno p. La aportación en energía es de 50% y<br />
50%. La forma de la molécula es lineal con un ángulo de 180° y se presenta en los elementos del<br />
grupo <strong>II</strong> A.<br />
Ejemplo:<br />
4Be = ↑↓ | ↑↓ | (estado basal, puro o sin combinación)<br />
1s 2s<br />
4Be = ↑↓ | ↑ | ↑ | (estado excitado, por calor o electricidad)<br />
1s 2s 2px 2py 2pz<br />
4Be = ↑↓ | ↑ | ↑ (estado híbrido, con nuevos orbitales)<br />
1s 2sp 2sp<br />
Forma y ángulo en la molécula:<br />
180°<br />
Ejemplos de sustancias que la presentan: BeCl2, CaF2, HCN, C2H2.<br />
Hibridación sp 2 .<br />
Se da al combinarse un orbital s con dos p. La aportación en energía es de 33 % y 66%<br />
respectivamente. Se generarán tres nuevos orbitales lo cual explica la valencia 3 de los elementos del<br />
grupo <strong>II</strong>IA. La forma de la molécula es plana o trigonal con enlaces de 120°.<br />
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Ejemplo:<br />
5B = ↑↓ | ↑↓ | ↑ | (estado basal)<br />
1s 2s 2px<br />
5B = ↑↓ | ↑ | ↑ ↑ | (estado excitado)<br />
1s 2s 2px 2py 2pz<br />
5B = ↑↓ | ↑ | ↑ ↑ | (estado híbrido)<br />
1s 2sp2 2sp 2 2sp 2<br />
42<br />
Ejemplos de substancias que la presentan: BF3, AlCl3, C2H4.<br />
Hibridación sp 3 .<br />
Se da al combinarse un orbital s con tres p. La aportación en energía es de 25% y 75%<br />
respectivamente. Se presenta en los elementos del grupo IVA principalmente y en los elementos de<br />
los grupos VA y VIA. La forma de la molécula es tetraédrica con ángulos de 109.5°. Se generan<br />
cuatro orbitales Híbridos.<br />
Ejemplo:<br />
6C = ↑↓ | ↑↓ | ↑ ↑ | (estado basal)<br />
1s 2s 2px<br />
6C = ↑↓ | ↑ | ↑ ↑ ↑ | (estado excitado)<br />
1s 2s 2px 2py 2pz<br />
6C = ↑↓ | ↑ | ↑ ↑ ↑ | (estado híbrido)<br />
1s 2sp 3 2sp 3 2sp 3 2sp 3<br />
Se presenta en sustancias como: CH4, CF4, SiCl4.<br />
Hibridación del átomo de Carbono.<br />
Esta propiedad excepcional del átomo de Carbono explica su tetravalencia y su combinación<br />
entre sí mismo para formar compuestos en forma de cadenas o anillos y en un número muy grande.<br />
Estos compuestos son los orgánicos y pueden tener simples, dobles y triples enlaces. La explicación<br />
a estos enlaces es la hibridación.<br />
ORBITALES SIGMA(<br />
Recordando que un orbital es una región espacio energético, donde existe la máxima<br />
probabilidad de encontrar un electrón o un par de electrones en el caso de un enlace.<br />
de los electrones<br />
participantes es de tipo s, o ha resultado en una hibridación donde participó un orbital s. Así los<br />
orbitales s, sp, sp 2 , sp 3 , originan orbitales o enlaces sigma. Este enlace es muy fuerte, origina simples<br />
ligaduras y es un enlace muy estable.<br />
Un orbital pi (<br />
débil y en el caso del carbono, envuelve al orbital sigma. Es muy reactivo y genera dobles o triples<br />
enlaces.<br />
Geometría molecular (tetraédrica, trigonal plana y lineal).<br />
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La hibridación permite reconciliar la geometría de pares electrónicos con el criterio de traslape<br />
de orbitales del enlace. Una declaración como el ―átomo de es tetraédrico porque tiene hibridación<br />
sp 3 ‖ es incorrecta. El hecho de que la geometría de pares electrónicos en torno al átomo sea<br />
tetraédrica es lo que existe, y la hibridación es tan sólo una manera de racionalizar dicho hecho.<br />
Tipo de cadena e isomería.<br />
Debido a la tetravalencia que presenta el átomo de carbono, éste puede formar moléculas<br />
gigantes, se puede combinar con otros átomos de carbono debido a su capacidad de 4 enlaces y esto<br />
favorece a la formación de cadenas.<br />
Tipos de cadena.<br />
La longitud de la cadena de carbonos determina la mayoría de sus propiedades físicas, tales<br />
como punto de ebullición, de fusión y la solubilidad. Los compuestos de cadena corta son gases o<br />
líquidos, que tienen bajos puntos de ebullición, los compuestos de cadenas medianas son líquidas y<br />
sólidos los que tienen cadena larga.<br />
De acuerdo con la estructura, de los esqueletos que constituyen los compuestos orgánicos,<br />
estos se pueden clasificar en:<br />
a) Acíclicos:<br />
i) saturados:<br />
1) lineaeles.<br />
2) Arborescentes.<br />
ii) no saturadose:<br />
1) lineales.<br />
2) Arborescentes.<br />
Isomería.<br />
43<br />
b) Cíclicos:<br />
i) Homocíclicos:<br />
1) Alicíclicos:<br />
Saturados:<br />
*simples<br />
*arborescentes<br />
No saturados:<br />
*simples<br />
*arborescentes<br />
2) Aromáticos<br />
ii) Heterocíclicos:<br />
1) Saturados:<br />
*simples<br />
*arborescentes<br />
2) No saturados:<br />
*simples<br />
*arborescentes<br />
De acuerdo con la tetravalencia del átomo de carbono, los compuestos orgánicos se pueden<br />
representar mediante los siguientes tipos de fórmulas:<br />
1) Condensada: también llamada molecular y esta se indica únicamente el número y tipo de cada<br />
átomo que participa en el compuesto, ejemplo: C2H6O. En química orgánica no es muy<br />
utilizada pues causa confusión ya que varios compuestos pueden tener la misma formula<br />
condensada.<br />
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2) Semidesarrollada: en ésta se indica únicamente los enlaces principales en la estructura del<br />
compuesto, es la más recomendable a utilizar en química orgánica, pues expresa claramente<br />
del tipo de compuesto que se esta utilizando, ejemplo:<br />
44<br />
CH3 – CH2 – OH, CH3 – O – CH3<br />
3) Desarrollada: también llamada gráfica, en ésta se indican todos los enlaces presentes en las<br />
moléculas orgánicas:<br />
H H<br />
<br />
H – C – C – O – H<br />
<br />
H H<br />
En química orgánica existen muchos compuestos llamados isómeros, es decir, compuestos<br />
que tiene la misma fórmula condensada, pero con diferentes estructuras y diferentes propiedades.<br />
Existen los siguientes tipos de isomería:<br />
De cadena.<br />
De posición.<br />
De función.<br />
De cadena.<br />
La isomería de cadena o estructural la presentan principalmente los alcanos, estos<br />
compuestos presentan la misma formula condensada, pero difieren en la forma en que están<br />
dispuestos los átomos en la cadena. Ejemplo:<br />
De posición.<br />
CH3 – CH2 – CH2 – CH3 CH3 – CH – CH3<br />
|<br />
La isomería de posición la presentan los alquenos u olefinas, y se debe al cambio de posición<br />
de la doble ligadura dentro de la cadena. Ejemplo:<br />
CH2 = CH – CH2 – CH3<br />
CH3<br />
CH3 – CH = CH – CH3<br />
La presencia de la doble ligadura impide la libre rotación de los átomos de carbono en ese<br />
punto, lo cual origina la isomería geométrica o cis – trans. Ejemplo:<br />
CH3 CH3 H CH3<br />
C = C C = C<br />
H H CH3 H<br />
cis – 2 – buteno trans – 2 - buteno<br />
El isómero cis tiene los dos grupos metil (CH3) en un mismo plano y el isómero trans en planos<br />
opuestos.<br />
De función.<br />
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La isomería de función la determinaran el átomo o grupo de átomos que definen la estructura<br />
de una clase particular de compuestos orgánicos y determina sus propiedades, a este átomo o grupo<br />
de átomos se le llama grupo funcional. Ejemplo:<br />
45<br />
CH3 – CH2 – OH CH3 – O – CH3<br />
Etanol eter dimetilico<br />
Son dos compuestos cuya formula condensada es C2H6O, pero el acomodo de los átomos de<br />
oxigeno e hidrógeno determinan el grupo funcional alcohol o éter.<br />
Hidrocarburos.<br />
Los hidrocarburos son los compuestos orgánicos más sencillos y estan formados por carbono<br />
e hidrógeno. Dentro de éstos hay grados y tipos diferentes de reactividad química.<br />
Los hidrocarburos se dividen dos clases principales:<br />
Alifáticos: estos a su vez se dividen en:<br />
Alcanos (parafinas): presentan enlace sencillo entre carbono y carbono de la cadena del<br />
compuesto, y son hidrocarburos saturados.<br />
Cicloalcanos.<br />
Alquenos (olefinas): presentan entre algún par de carbonos de la cadena del compuesto un<br />
doble enlace, y son carbonos insaturados o no saturados.<br />
Alquinos (acetilenos): presentan entre algún par de carbonos de la cadena del compuesto un<br />
triple enlace, y son carbonos insaturados o no saturados.<br />
Aromáticos.<br />
Alcanos.<br />
Los alcanos son hidrocarburos, es decir que tienen sólo átomos de carbono e hidrógeno. La<br />
fórmula general para alcanos alifáticos (de cadena lineal) es CnH2n+2, y para cicloalcanos es CnH2n.<br />
También reciben el nombre de hidrocarburos saturados.<br />
Los alcanos son moléculas orgánicas formadas únicamente por átomos de carbono e<br />
hidrógeno, sin funcionalización alguna, es decir, sin la presencia de grupos funcionales como el<br />
carbonilo, carboxilo, amida, etc.<br />
Esto hace que su reactividad sea muy reducida en comparación con otros compuestos<br />
orgánicos, y es la causa de su nombre no sistemático: parafinas (del latín, poca afinidad). La relación<br />
C/H es de CnH2n+2 siendo n el número de átomos de carbono de la molécula (advertir que esta<br />
relación sólo se cumple en alcanos lineales o ramificados no cíclicos, por ejemplo el ciclobutano,<br />
donde la relación es CnH2n). Todos los enlaces dentro de las moléculas de alcano son de tipo simple o<br />
sigma, es decir, covalentes por compartición de un par de electrones en un orbital s, por lo cual la<br />
estructura de un alcano sería de la forma:<br />
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H H H H<br />
| | | |<br />
H – C – C – C – C – H donde cada línea representa un enlace covalente.<br />
| | | |<br />
H H H H<br />
Analizando la estructura anterior podemos clasificar a los carbonos según a los que estén<br />
unidos:<br />
Primario: cuando un carbono está unido a otro carbono.<br />
Secundario: cuando el carbono esta unido a dos carbonos.<br />
Terciario: cuando el carbono esta unido a tres carbonos.<br />
Cuaternario: cuando el carbono esta unido a cuatro carbonos.<br />
El alcano más sencillo es el metano con un solo átomo de carbono. Otros alcanos conocidos<br />
son el etano, propano y el butano con dos, tres y cuatro átomos de carbono respectivamente. A partir<br />
de cinco carbonos, los nombres se derivan de numerales griegos: pentano, hexano, heptano, etc.<br />
46<br />
Número<br />
de<br />
carbonos<br />
Nombre Estructura<br />
1 Metano CH4<br />
2 Etano CH3 – CH3<br />
3 Propano CH3 – CH2 – CH3<br />
4 n – butano CH3 – (CH2)2 – CH3<br />
5 n – pentano CH3 – (CH2)3 – CH3<br />
6 n – hexano CH3 – (CH2)4 – CH3<br />
7 n – heptano CH3 – (CH2)5 – CH3<br />
8 n – octano CH3 – (CH2)6 – CH3<br />
9 n – nonano CH3 – (CH2)7 – CH3<br />
10 n – decano CH3 – (CH2)8 – CH3<br />
11 n – undecano CH3 – (CH2)9 – CH3<br />
12 n – dodecano CH3 – (CH2)10 – CH3<br />
15 n – pentadecano CH3 – (CH2)13 – CH3<br />
20 n – eicosano CH3 – (CH2)18 – CH3<br />
Al observar las formas de los alcanos anteriores notamos que el propano tiene un de más CH2<br />
que el butano, y a su vez, el pentano tiene un CH2 más que el butano, y así, sucesivamente.<br />
Por lo tanto a esta serie de compuestos cuyos miembros difieren del siguiente en un valor<br />
constante (CH2) se denomina homóloga y sus miembros son homólogos.<br />
Nomenclatura de alcanos arborescentes.<br />
Para nombrar a los alcanos arborescentes es necesario el conocer los nombres de algunos<br />
grupos orgánicos que se les conoce como radicales alquilo (–R), un radical es un átomo o grupo de<br />
átomos que constituyen una molécula con carga eléctrica, estos radicales derivan de la estructura de<br />
los alcanos, el cual ha perdido un átomo de hidrógeno y para nombrarlo solo se le sustituye la<br />
terminación ano del alcano por il o ilo.<br />
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Nombre Estructura Nombre Estructura<br />
Metil CH3 – n – pentil CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 –<br />
Etil CH3 – CH2 – Sec – pentil<br />
Propil CH3 – CH2 – CH2 – Iso – pentil<br />
Isopropil<br />
47<br />
CH3 – CH – CH3<br />
|<br />
Ter – pentil<br />
n - Butil CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – Neo – pentil<br />
Sec – butil<br />
Iso – butil<br />
Ter – butil<br />
CH3 – CH2 – CH – CH3<br />
|<br />
CH3 – CH – CH2 –<br />
|<br />
CH3<br />
|<br />
CH3 – C – CH3<br />
|<br />
CH3<br />
CH3 – CH2 – CH2 – CH –CH3<br />
|<br />
CH3 – CH – CH2 – CH2 –<br />
|<br />
CH3<br />
|<br />
CH3 – C – CH2 – CH3<br />
|<br />
CH3<br />
CH3<br />
|<br />
CH3 – C – CH2 –<br />
|<br />
Ya conocidos los radicales alquilo, utilizaremos las reglas IUPAC, para nombrar los alcanos<br />
arborescentes:<br />
1. Busque la cadena más larga posible de átomos de carbono, el cual dará el nombre básico y la<br />
estructura principal.<br />
2. Numere la cadena principal empezando por el extremo que tenga las arborescencia más<br />
próximas.<br />
3. Nombre cada arborescencia indicando su posición con el número que corresponda al átomo de<br />
carbono al cual se encuentre unido.<br />
4. Nombre el compuesto con una sola palabra, y separe los nombres de los número con guiones y<br />
los números entre sí con comas. Las arborescencias son los radicales alquilo, los cuales se<br />
anotarán en orden de complejidad.<br />
5. Si en una molécula se encuentra presenta presente el mismo radical alquilo dos o más veces, se<br />
indica con los prefijos, di, tri, tetra, penta, etc., unido al radical alquilo.<br />
CH3<br />
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Ejemplos:<br />
Propiedades<br />
48<br />
CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH3<br />
|<br />
CH3<br />
2 – metilhexano<br />
CH3<br />
|<br />
CH3 – C – CH3<br />
|<br />
CH3<br />
2,2 – dimetilpropano<br />
Los alcanos se presentan en estado gaseoso, líquido o sólido según el tamaño de la cadena<br />
de carbonos. Hasta 4 carbonos son gases (metano, etano, propano y butano), a partir del pentano<br />
hasta el hexadecano (16 carbonos) son líquidos y los compuestos superiores a 16 carbonos se<br />
presentan como sólidos aceitosos (parafinas).<br />
Todos los alcanos son combustibles, al ser una forma reducida del carbono, y liberan grandes<br />
cantidades de energía durante la combustión.<br />
En cuanto a reactividad, los alcanos sufren las siguientes reacciones básicas:<br />
Ruptura homolítica: A partir de una molécula neutra obtenemos dos radicales que pueden<br />
reaccionar con otras especies o entre ellos volviendo a la molécula original.<br />
Halogenación radicalaria: Introducción de uno o más átomos de halógenos (flúor, cloro, bromo y<br />
yodo) por sustitución de un átomo de hidrógeno mediante un proceso radicalario, iniciado por<br />
fotones o térmicamente. La energía liberada desciende desde el flúor (explosiva) hasta el yodo<br />
(endotérmica).<br />
Combustión: Proceso de oxidación de los alcanos, desprendiendo una gran cantidad de energía y<br />
obteniéndose agua y dióxido de carbono. Para una molécula de n carbonos hacen falta (3n+1)/2<br />
moléculas de oxígeno (O2).<br />
Obtención.<br />
Los alcanos son sintetizados por simple adición de grupos alquilos halogenados en una<br />
continua<br />
Reacción de Wurtz (reaccionan con Sodio).<br />
2CH3Br + 2Na → CH3-CH3 + 2NaBr<br />
Los alcanos se obtienen principalmente del petróleo, ya sea directamente o mediante cracking<br />
o pirólisis, esto es, rotura de térmica de moléculas mayores. Son los productos base para la obtención<br />
de otros compuestos orgánicos.<br />
Usos y Purificación.<br />
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Los alcanos son importantes sustancias puras de la industria química y también los<br />
combustibles más importantes de la economía mundial.<br />
Los primeros materiales de su procesado siempre son el gas natural y el petróleo crudo, el<br />
último es separado en una refinería petrolera por destilación fraccionada y procesado en muchos<br />
productos diferentes, por ejemplo la gasolina. Las diferentes fracciones de petróleo crudo poseen<br />
diferentes temperaturas de ebullición y pueden ser separadas fácilmente: en las fracciones<br />
individuales los puntos de ebullición son muy parecidos.<br />
Alquenos.<br />
Los alquenos son hidrocarburos que tienen doble enlace carbono-carbono en su molécula, y<br />
por eso son denominados insaturados. La fórmula genérica es CnH2n. Se puede decir que un alqueno<br />
no es más que un alcano que ha perdido un hidrógeno produciendo como resultado un enlace doble<br />
entre dos carbonos.<br />
Nomenclatura de alquenos lineales<br />
Para nombrar los alcanos utilizaremos los mismos principios que en los alcanos, solo que la<br />
terminación será eno, y anotando el número del átomo de carbono donde se encuentra el doble<br />
enlace.<br />
49<br />
Número<br />
de<br />
carbonos<br />
Nombre Estructura<br />
2 Eteno CH2 = CH2<br />
3 Propeno CH2 = CH – CH3<br />
4 1 – buteno CH2 = CH – CH2 – CH3<br />
5 1 – penteno CH2 = CH - (CH2)2 – CH3<br />
6 1 – hexeno CH2 – CH - (CH2)3 – CH3<br />
7 1 – hepteno CH2 = CH - (CH2)4 – CH3<br />
8 1 – octeno CH2 = CH - (CH2)5 – CH3<br />
9 1 – noneno CH2 = CH - (CH2)6 – CH3<br />
10 1 – deceno CH2 = CH - (CH2)7 – CH3<br />
11 1 – undeceno CH2 = CH - (CH2)8 – CH3<br />
12 1 – dodeceno CH2 = CH - (CH2)9 – CH3<br />
15 1 – pentadeceno CH2 = CH - (CH2)12 – CH3<br />
20 1 – eicoseno CH2 = CH - (CH2)17 – CH3<br />
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Recordemos que los alquenos presentan isomería de posición del doble enlace e isomería cis<br />
– trans (geométrica). Ejemplos:<br />
Nomenclatura de alquenos ramificados<br />
50<br />
CH2 = CH – CH2 – CH3<br />
1 - buteno<br />
CH3 – CH = CH – CH3<br />
2 - buteno<br />
CH3 CH3 H CH3<br />
C = C C = C<br />
H H CH3 H<br />
cis – 2 – buteno trans – 2 - buteno<br />
1. Busque la cadena más larga posible de átomos de carbono que contenga el doble enlace, el cual<br />
dará el nombre básico y la estructura principal.<br />
2. Numere la cadena principal empezando por el extremo que tenga la doble ligadura más próxima,<br />
numere la cadena en base a este criterio.<br />
3. Nombre cada arborescencia indicando su posición con el número que corresponda al átomo de<br />
carbono al cual se encuentre unido.<br />
4. Nombre el compuesto con una sola palabra, y separe los nombres de los número con guiones y<br />
los números entre sí con comas. Las arborescencias son los radicales alquilo, los cuales se<br />
anotarán en orden de complejidad.<br />
5. Si en una molécula se encuentran presente dos o más dobles ligaduras, se indican con números<br />
antes del nombre principal y se indican con los prefijos di, tri, tetra, penta, etc. antes de la<br />
terminación eno.<br />
6. Si en una molécula se encuentra presente el mismo radical alquilo dos o más veces, se indica con<br />
los prefijos, di, tri, tetra, penta, etc., unido al radical alquilo.<br />
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Ejemplos:<br />
Obtención<br />
51<br />
CH3 – CH – CH = CH – CH2 – CH3<br />
|<br />
CH3<br />
|<br />
CH3<br />
2 – metil – 3 - hexeno<br />
CH3 – CH – CH – CH = CH – CH = CH – CH3<br />
|<br />
CH3<br />
6,7 – dimetil – 2,4 – octadieno<br />
Los alquenos se pueden sintetizar de una de cuatro reacciones:<br />
Deshidrohalogenación<br />
CH3CH2Br + KOH → CH2=CH2 + H2O + KBr<br />
Deshidratación<br />
La eliminación de agua a partir de alcoholes, por ejemplo:<br />
CH3CH2OH + H2SO4 → CH3CH2OSO3H + H2O → H2C=CH2 + H2SO4 + H2O<br />
También por la reacción de Chugaev y la reacción de Grieco.<br />
Deshalogenación<br />
BrCH2CH2Br + Zn → CH2=CH2 + ZnBr2<br />
Pirólisis (con calor)<br />
CH3(CH2)4 CH3 → CH2=CH2 + CH3CH2CH2CH3<br />
Propiedades físicas<br />
La presencia del doble enlace modifica ligeramente las propiedades físicas de los alquenos<br />
frente a los alcanos. De ellas, la temperatura de ebullición es la que menos se modifica. La presencia<br />
del doble enlace se nota más en aspectos como la polaridad y la acidez.<br />
Reacciones<br />
Los alquenos son más reactivos que los alcanos y pueden participar en diversas reacciones,<br />
entre las más comunes están:<br />
Hidroalogenación: se refiere a la reacción con halógenos hidrogenados formando alcanos<br />
halogenados del modo CH3CH2=CH2 + HX → CH3CHXCH3. Por ejemplo, halogenación con el ácido<br />
HBr:<br />
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52<br />
Estas reacciones deben seguir la Regla de Markownikoff de enlaces dobles.<br />
Hidrogenación: se refiere a la hidrogenación catalítica (usando Pt, Pd, o Ni) formando alcanos del<br />
modo CH2 = CH2 + H2 → CH3 CH3.<br />
Halogenación: se refiere a la reacción con halógenos (representados por la X) del modo<br />
CH2 = CH2 + X2 → XCH2CH2X. Por ejemplo, halogenación con bromo:<br />
Polimerización: una de las reacciones en el mundo de las industrias formando polímeros del modo<br />
CH2 = CH2 → polímero (polietileno en este caso).<br />
Alquinos.<br />
Los alquinos son hidrocarburos alifáticos con al menos un triple enlace entre dos átomos de<br />
carbono. Se trata de compuestos metaestables debido a la alta energía del triple enlace carbonocarbono.<br />
Su fórmula general es CnH2n-2.<br />
Su nomenclatura es similar a la de los alquenos pero se cambia la terminación eno por ino. A<br />
veces se denomina como derivados del acetileno o etino.<br />
CH CH<br />
Etino<br />
Acetileno<br />
CH3<br />
|<br />
CH3 – CH2 – C C – C – CH3<br />
|<br />
2,2-Dimetil-3-hexino.<br />
Etilterbutilacetileno.<br />
Obtención.<br />
CH3<br />
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El acetileno se genera por reacción de termólisis a temperaturas elevadas y con quenching<br />
(enfriamento muy rápido) con aceites de elevado punto de ebullición. Además es el producto de la<br />
reacción de carburo de calcio con agua:<br />
53<br />
CaC2 + H2O → HC≡CH+ CaO.<br />
Deshidrohalogenación, por medio del cual agua y halógenos son removidos de un alcohol y el halo<br />
alquino respectivamente:<br />
CH3CHBr2 + 2KOH → HC≡CH + 2KBr + 2H2O<br />
Deshalogenación: CHBr2CBr2H + 2Zn → HC≡CH + 2ZnBr2<br />
Los alquinos más complejos pueden obtenerse por ejemplo a partir del alqueno<br />
correspondiente tras adición de bromo y doble eliminación de bromhídrico (HBr).<br />
El método más moderno para obtener los alquenos aromáticos es la introducción del alquino<br />
mediante sustitución nucleofílica sobre el haluro correspondiente en presencia de un catalizador<br />
(generalmente compuestos organometálicos de níquel o paladio).<br />
Los alquinos pueden ser hidrogenados par dar los cis-alquenos correspondientes con<br />
hidrógeno en presencia de un catalizador de paladio sobre sulfato de bario o sobre carbonato cálcico<br />
parcialmente envenenado con óxido de plomo.<br />
Si se utiliza paladio sobre carbón activo el producto obtenido suele ser el alcano<br />
correspondiente.<br />
HC≡CH + H2 → CH2=CH2 + H2 → CH3-CH3<br />
Aunque la densidad de electrones y con esto de carga negativa en el triple enlace es elevada<br />
pueden ser atacados por nucleófilos. La razón se encuentra en la relativa estabilidad del anión de<br />
vinilo formado.<br />
Frente a bases fuertes como el sodio en disolución amoniacal, el bromomagnesiano de etilo<br />
etc. reaccionan como ácidos débiles. Ya con el agua sus sales se hidrolizan para dar de nuevo el<br />
alquino libre.<br />
Aplicaciones<br />
Así como los alquenos, los alquinos participan en halogenación e hidrohalogenación.<br />
La mayor parte de los alquinos se fabrica en forma de acetileno. A su vez, una buena parte del<br />
acetileno se utiliza como combustible en la soldadura a gas debido a las elevadas temperaturas<br />
alcanzadas.<br />
En la industria química los alquinos son importantes productos de partida por ejemplo en la<br />
síntesis del PVC (adición de HCl) de caucho artificial etc.<br />
El grupo alquino está presente en algunos fármacos citostáticos.<br />
Los polímeros generados a partir de los alquinos, los polialquinos, son semiconductores<br />
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orgánicos y pueden ser dotados parecido al silicio aunque se trata de materiales flexibles.<br />
Los alquinos decolorean una solución ácida de permanganato de potasio y el agua de bromo.<br />
Si se trata de alquinos terminales (con el triple enlace a uno de los carbonos finales de la molécula)<br />
forman sales con soluciones amoniacales de plata o de cobre. (Estas sales son explosivas).<br />
Aromáticos (benceno).<br />
Los hidrocarburos aromáticos son polienos cíclicos conjugados que cumplen la Regla de<br />
Hückel, es decir, que tienen un total de 4n+2 electrones pi en el anillo. Para que se dé la<br />
aromaticidad, deben cumplirse ciertas premisas, por ejemplo que los dobles enlaces resonantes de la<br />
molécula estén conjugados y que se den al menos dos formas resonantes equivalentes. La<br />
estabilidad excepcional de estos compuestos y la explicación de la regla de Hückel han sido<br />
explicados cuánticamente, mediante el modelo de "partícula en un anillo".<br />
Originalmente el término estaba restringido a un producto del alquitrán mineral, el benceno, y<br />
a sus derivados, pero en la actualidad incluye casi la mitad de todos los compuestos orgánicos; el<br />
resto son los llamados compuestos alifáticos.<br />
El máximo exponente de la familia de los hidrocarburos aromáticos es el benceno (C6H6), pero<br />
existen otros ejemplos, como la familia de anulenos, hidrocarburos monocíclicos totalmente<br />
conjugados de fórmula general (CH)n.<br />
El Benceno es el principal constituyente de una clase de compuestos llamados hidrocarburos<br />
aromáticos, los cuales derivan su nombre de la obtención de sustancias aromáticas como el aceite de<br />
girasol, vainilla y almendras amargas.<br />
La formula molecular del BENCENO C6H6, propuesta por Kekule en 1865. La estructura real<br />
del BENCENO corresponde a lo se llama un híbrido de resonancia, y es intermedia entre las dos<br />
formas de Kekule.<br />
El Benceno líquido incoloro de sabor a quemado. Es insoluble en agua, un disolvente eficaz<br />
para azufre, fósforo y yodo, gomas, ceras, grasas y resinas; es el disolvente más usado en la<br />
industria. Punto de fusión: 5.5º C. Punto de ebullición: 80.1º C.<br />
Nomenclatura<br />
54<br />
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Se numeran los carbonos dl anillo del 1 al 6, a partir del carbono en el cual hay un sustituyente<br />
y se prosigue en el sentido de las manecillas del reloj.<br />
CH3 CH2CH3 NH2<br />
| | |<br />
METIL-BENCENO AMINOBENCENO<br />
(TOLUENO) ETIL-BENCENO (AMILINA)<br />
OH O-CH3<br />
| |<br />
HIDROXIBENCENO ETERMETILFENÍLICO<br />
(FENOL) (ANISOL)<br />
55<br />
NO2 CH=CH2<br />
| |<br />
NITROBENCENO VINIL-BENCENO<br />
(ESTIRENO)<br />
COOH OH3-CH-CH3<br />
| |<br />
ÁCIDO BENCEN ISOPROPIL BENCENO<br />
CARBOXÍLICO (CUMENO)<br />
(ACIDO BENSOICO)<br />
Cl SO3H<br />
| |<br />
CLOROBENCENO ÁCIDO BENCEN<br />
SULFÚRICO<br />
Nomenclatura de derivados di sustituidos del benceno.<br />
Cuando dos sustituyentes se unen al núcleo bencénico se emplean dos formas para<br />
nombrarlo. La primera es indicando con un número la posición de cada sustituyente en el anillo. La<br />
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segunda forma es indicando la posición con los prefijos ―orto‖, ―meta‖ y ―para‖ indicando las<br />
posiciones 1-2, 1-3, 1-4, respectivamente, que nos indican los isómeros que se presentan para cada<br />
cosa.<br />
Ejemplos:<br />
56<br />
A A A<br />
B<br />
B<br />
B<br />
1-2 (orto) 1-3 (meta) 1-4 (para)<br />
CH3<br />
CH3<br />
NO2<br />
CH3<br />
NO2 1-metil-2-nitrobenceno (IUPAC)<br />
NO2<br />
o-nitrotolueno (TRIVIAL)<br />
1-metil-3-nitrobenceno (IUPAC)<br />
1-metil-4-nitrobenceno (IUPAC)<br />
p-nitrotolueno (TRIVIAL)<br />
m-nitrotolueno (TRIVIAL)<br />
Si se encuentra unido al anillo con un grupo alcohol, aldehído, carboxílico, sulfónico, éste tiene<br />
preferencia en la nomenclatura y numeración.<br />
Alcohol R-OH<br />
Aldehído R-CO-R<br />
Cetónico R-COOH<br />
Sulfónico R-SO3H<br />
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Reacciones<br />
57<br />
Halógeno R-X<br />
Nitro R-NO2<br />
Amino R-NH2<br />
COOH<br />
1 Ácido-m-toluen-carbolxílico<br />
6 2 (IUPAC)<br />
Ácido-3-metil-bencencarboxílico<br />
(IUPAC)<br />
5 3 CH3<br />
4<br />
CH3<br />
NO2<br />
NO2 TNT<br />
Trinitrotolueno<br />
NO2 1-metil-2,3,4-trinitrobenceno<br />
(IUPAC)<br />
Químicamente, los hidrocarburos aromáticos son por regla general bastante inertes a la<br />
sustitución electrófila y a la hidrogenación, reacciones que deben llevarse a cabo con ayuda de<br />
catalizadores.<br />
Esta estabilidad es debida a la presencia de orbitales degenerados (comparando estas<br />
moléculas con sus análogos alifáticos) que conllevan una disminución general de la energía total de<br />
la molécula.<br />
Sustitución electrofílica (la letra griega Φ se usa para designar el anillo fenil):<br />
Φ-H + HNO3 → Φ-NO2 + H2O<br />
Φ-H + H2SO4 → Φ-SO3H + H2O<br />
Φ-H + Br2 + Fe → Φ-R + HBr + Fe<br />
Reacción Friedel-Crafts, otro tipo de sustitución electrofílica:<br />
Φ-H + RCl + AlCl3 → Φ-R + HCl + AlCl3<br />
Aplicación<br />
Otras reacciones de compuestos aromáticos incluyen sustituciones de grupos feniles.<br />
Entre los hidrocarburos aromáticos más importantes se encuentran todas las hormonas y<br />
vitaminas, excepto la vitamina C; prácticamente todos los condimentos, perfumes y tintes orgánicos,<br />
tanto sintéticos como naturales; los alcaloides que no son alicíclicos (ciertas bases alifáticas como la<br />
putrescina a veces se clasifican incorrectamente como alcaloides), y sustancias como el<br />
trinitrotolueno (TNT) y los gases lacrimógenos. Por otra parte los hidrocarburos aromáticos suelen ser<br />
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nocivos para la salud, como los llamados BTEX, benceno, tolueno, etilbenceno y xileno por estar<br />
implicados en numerosos tipos de cáncer o el alfa-benzopireno que se encuentra en el humo del<br />
tabaco, extremadamente carcinógenico igualmente, ya que puede producir cáncer de pulmón.<br />
Repercusiones ecológicas del benceno y sus derivados en el medio ambiente<br />
Los hidrocarburos aromáticos son altamente tóxicos. Los aromáticos de bajo punto de<br />
ebullición son solubles en agua y pueden matar al contacto (benceno, tolueno, xileno).Los aromáticos<br />
de alto punto de ebullición son solubles y polinucleares, pueden ser venenosos a largo plazo.<br />
La inhibición del metabolismo, esto es la acumulación de tóxicos a nivel de la membrana<br />
celular provocando la inhibición de los intercambios entre la célula y el mundo exterior. modificación<br />
de las propiedades físicas del medio ambiente como el pH, temperatura, etc.<br />
Los productos utilizados para combatir la contaminación puede también representar un peligro<br />
por sus efectos tóxicos.<br />
Tiene efectos cancerígenos y venenoso al inhalar una gran cantidad, su gas es explosivo, es<br />
un líquido inflamable. Fue descubierto en 1825 por el científico inglés Michael Faraday.<br />
Puede provocar cáncer, las macro partículas son partículas sólidas y líquidas que incluyen el<br />
humo negro producido por los motores, su efecto sólo está claramente establecido a dosis más altas<br />
que las debidas al tráfico; esto provoca enfermedades cardíacas y pulmonares.<br />
58<br />
Leucemias relacionadas con la exposición del benceno.<br />
1.1. Grupos funcionales.<br />
1.1.1. Alcohol.<br />
Cuando uno de los hidrógenos del agua (H2O) se sustituye por un grupo alquilo se dice que el<br />
compuesto resultante es un alcohol<br />
H- OH → R- OH<br />
De acuerdo con lo siguiente los alcoholes se pueden clasificar en:<br />
R<br />
׀<br />
R -CH –OH R –CH –OH R –C –OH<br />
׀<br />
׀<br />
R R<br />
Primario Secundario Terciario<br />
Hay varias formas de nombrar Alos alcoholes. La primera es derivar el nombre a partir del<br />
hidrocarburo del mismo numero de carbonos y utilizar la terminación ―ol‖<br />
CH4 → CH3 OH Alcohol Metílico<br />
Metano Metanol<br />
CH3 CH3 → CH3 CH2 OH Alcohol Etílico<br />
Etil Etanol<br />
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59<br />
CH2 –OH<br />
׀<br />
CH2 CH3<br />
׀ ׀<br />
CH3 –CH –CH –CH2 –C –CH3 4-Metil-3-Neopentil-1,5-hexanodiol<br />
׀ ׀<br />
OH -CH CH3<br />
׀<br />
Éter.<br />
CH3<br />
Estos compuestos orgánicos se consideran como producto de la sustitución del hidrogeno del<br />
grupo 8H de los alcoholes con un radical alquilo o arilo, que tienen cuatro sistemas para nombrar los<br />
éteres:<br />
1. Con los nombres de los radicales ligados al oxigeno, unidas con la palabra ―oxi‖, nombrándolo<br />
primero al radical mas simple.<br />
CH3 –O –CH3 CH3 –CH2 –O –CH3<br />
Metil-Oxi-Metil Etil-Oxi-Metil<br />
2. Se nombran los grupos alquilo unidos al oxigeno seguido de la palabra ―éter‖ o como éter de los<br />
radicales alquilos unidos al oxigeno<br />
CH3 – O –CH3 CH3 –CH2 – O –CH3<br />
Eter Dimetil Metil Etil Eter<br />
Dimetileter eter etil etilico<br />
3. Si un miembro no tiene nombre simple puede nombrarse el compuesto como un derivado alcoxi.<br />
CH3 –CH –CH2 –CH3 CH3 –CH2 –CH –CH2 –CH2 –CH3<br />
׀ ׀<br />
O –CH3 O –CH2 –CH3<br />
1,2-Metoxi Butano 3-Etoxi Hexano<br />
4. Considerando como óxidos de los radicales unidos al oxigeno cuando estos son iguales<br />
CH3 –O –CH3<br />
Oxido de metilo<br />
1.1.2. Aldehído.<br />
Compuestos que tiene algún grupo carbonilo ( -C =O) se conocen como aldehídos y cetonas.<br />
Si uno de los átomos unidos al carbono de hidrogeno es un aldehído (R –C =O). El otro átomo<br />
o grupo de átomos unidos al carbonilo pueden ser hidrógenos o radicales alquilos.<br />
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60<br />
En el caso de las cetonas ambos grupos unidos al carbonilo (R –C = O)<br />
׀<br />
En el sistema IUPAC la terminación característica para los aldehídos es ―al‖ y, las cuales se<br />
añaden al nombre original del hidrocarburo que tenga el mismo numero de átomos de carbono.<br />
Por lo común, el compuesto se denomina derivado de la cadena continua de átomos de<br />
carbono incluyendo el grupo funcional carbonilo. En el caso de los aldehidos, el grupo –CH =O tiene<br />
que aparecer en el nombre.<br />
CH3 = O Metanal<br />
CH3 –CH2 = O Etanal<br />
CH3 –CH2 –CH = O Propanal<br />
1.1.3. Cetona.<br />
CH3<br />
׀<br />
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R1<br />
CH3 CH2<br />
׀ ׀<br />
CH3 –C –CH2 –CH –CH = O<br />
׀<br />
CH3<br />
4,4 – dimetil – 2 –Etilpentanal<br />
Compuestos que tiene algún grupo carbonilo ( -C =O) se conocen como aldehídos y cetonas.<br />
En el caso de las cetonas ambos grupos unidos al carbonilo (R –C = O)<br />
׀<br />
R1<br />
En el sistema IUPAC la terminación característica para las cetonas ―ona‖, las cuales se<br />
añaden al nombre original del hidrocarburo que tenga el mismo numero de átomos de carbono.<br />
Por lo común, el compuesto se denomina derivado de la cadena continua de átomos de<br />
carbono incluyendo el grupo funcional carbonilo. En el caso de las cetonas el grupo carbonilo puede<br />
estar en posiciones diversas y este debe indicarse con el numero mas bajo posible.<br />
CH3 O<br />
׀ ׀׀<br />
CH3– CH –CH –C –CH2 –CH2 –CH2 –CH3 2,3 – dimetil – 4 – heptanona<br />
׀<br />
CH3<br />
CH3<br />
׀<br />
C =O<br />
׀<br />
CH2<br />
׀<br />
CH3 –CH2 – C –CH2 – C –CH2–CH2 –CH2 –CH3 4 – etil – 4 – butil – 2,6 – octadiona<br />
׀׀ ׀<br />
O CH2<br />
׀<br />
CH3<br />
1.1.4. Ácido carboxílico.
Los ácidos orgánicos también llamados ácidos carboxílicos, se define como compuestos<br />
orgánicos que contienen uno o mas grupos carboxilos (cooh) en la molécula.<br />
NOMENCLATURA<br />
El nombre sistemático de los ácidos se obtiene usando el nombre del hidrocarburo con cadena<br />
mas larga que incluya al grupo carboxilo, y sustituyendo la terminación o del alcano por ―oico‖,<br />
anteponiendo la palabra ácido.<br />
FÓRMULA IUPAC TRIVIAL<br />
H-COOH ácido metanoico ácido fórmico<br />
CH3-COOH ácido etanoico ácido acético<br />
CH3-CH-COOH ácido propanoico ácido propílico<br />
CH3-(CH)2-COOH ácido butanoico ácido butírico<br />
CH3-(CH)3-COOH ácido pentanoico ácido valérico<br />
CH3-(CH)4-COOH ácido hexanoico ácido caproico<br />
CH3-(CH)5-COOH ácido heptanoico ácido heptílico<br />
CH3-(CH)6-COOH ácido octanoico ácido caprílico<br />
CH3-(CH)7-COOH ácido nonanoico ácido pelargonico<br />
CH3-(CH)8-COOH ácido decanoico ácido caprico<br />
Para nombrar los ácidos orgánicos como ramificaciones se toma como numero 1 al carbono<br />
del grupo carboxilo:<br />
CH3 – CH – CH2 – COOH<br />
<br />
Cl<br />
ácido-3-clorobutanoico<br />
61<br />
CH – CH2 – CH2 – COOH<br />
<br />
OH<br />
ácido-4-hidroxibutanoico<br />
Otra forma de nombrarlos es utilizar las letras griegas minúsculas para indicar la posición de<br />
los radicales o sustituyentes, a partir del carbono numero 2 al cual se la asigna la letra alpha.<br />
<br />
CH3 – (CH2)2 – CH – COOH<br />
<br />
I<br />
Acido – – yodo hexanoico<br />
CH2 – COOH<br />
<br />
HO – C – C OOH<br />
<br />
CH2 – COOH<br />
ácido–3–hidroxi–3–carboxipentanodioico (ácido cítrico)<br />
Sales orgánicas.<br />
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Las sales orgánicas son producto de los ácidos orgánicos, al ser sustituido el hidrógeno del<br />
grupo carbonilo por metales alcalinos (sodio, potasio, calcio, etc) permitiendo que las sales sean<br />
solubles; si los metales son pesados (hierro, cobre, plata etc.) las sales son insolubles en agua.<br />
Nomenclatura.<br />
Para nombrar estos compuestos se elimina la palabra ácido, además se cambia la terminación<br />
oico del nombre principal por la terminación ato, agregando el nombre del metal (recordar<br />
nomenclatura de sales inorgánicas). Ejemplos:<br />
CH3 – CH2 – CH2 – COOH CH3 – CH2 – CH2 – COONa<br />
ácido butanoico butanoato de sodio<br />
CH3 – CH2 – COOH (CH3 – CH2 – COO)3 Fe<br />
Ácido propanoico propanoato de hierro <strong>II</strong>I o propanoato férrico<br />
Ésteres<br />
Los ésteres son el producto de la reacción de un ácido orgánico y un alcohol, al perderse una<br />
molécula de agua.<br />
Nomenclatura.<br />
Para nombrar estos compuestos se elimina la palabra ácido, además se cambia la terminación<br />
oico del nombre principal por la terminación ato, agregando el nombre del radical alquilo. Ejemplos:<br />
CH3 – CH2 – CH2 – COOH CH3 – CH2 – CH2 – COO – CH3<br />
ácido butanoico butanoato de metilo<br />
CH3 – CH2 – COOH CH3 – CH2 – COO – CH2 – CH3<br />
Ácido propanoico propanoato de etilo<br />
1.1.5. Amina.<br />
La sustitución de uno o más átomos de hidrógeno del amoníaco por radicales orgánicos da los<br />
compuestos llamados aminas.<br />
Las aminas se clasifican de acuerdo al número de átomos de hidrógeno del amoníaco que se<br />
sustituyen por grupos orgánicos:<br />
H<br />
|<br />
H – N – H<br />
62<br />
H<br />
|<br />
R – N – H<br />
R’<br />
|<br />
R – N – H<br />
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R’<br />
|<br />
R – N – R’’<br />
Amoníaco Primaria Secundaria Terciaria<br />
Nomenclatura.<br />
Para las aminas primarias, se anota primero el nombre del radical alquilo seguido de la<br />
palabra amina. Ejemplo:<br />
CH3 – NH2
63<br />
metilamina<br />
Para las aminas secundarias y terciarias, se anotan los radicales alquilo en orden de<br />
complejidad, los radicales alquilo también se pueden anotar en orden alfabético. Ejemplos:<br />
Amida.<br />
CH2 – CH3<br />
|<br />
CH3 – N – H<br />
metiletilamina<br />
o<br />
etilmetilamina<br />
CH2 – CH3<br />
|<br />
CH3 – N – CH3<br />
Dimetletilamina<br />
o<br />
etildimetilamina<br />
Las amidas se pueden considerar el producto de la sustitución del hidróxilo del grupo carboxilo<br />
por un amino, su fórmula general es: R – CONH2.<br />
Se nombran tomando el nombre del ácido que las origina, se anula la palabra ácido y se<br />
cambia la terminación del nombre principal oico del ácido por amida. Ejemplo:<br />
CH3-COOH CH3 – CONH2<br />
ácido etanoico etonoamida<br />
Si la amida contiene un sustituyente en el nitrógeno, éste debe de indicarse como prefijo<br />
anotando antes de este y separado por un guión la letra N. Ejemplos:<br />
Halogenuros de Alquilo.<br />
CH3 – CONH – CH3 CH3 – CH2 – CO – N(CH3)2<br />
N – metiletanoamida N,N – dimetilpropanoamida<br />
Cuando uno o más átomos de halógeno sustituyen uno o más átomos de un<br />
hidrocarburo, se obtiene un derivado mono o poli halogenado conocido como halogenuro de alquilo.<br />
Su formula general: R – X.<br />
Nomenclatura: se nombran colocando el nombre del halógeno junto al del hidrocarburo<br />
correspondiente.<br />
CH3 Cl Br<br />
Clorometano CH3 CH2 C CH2 CH3<br />
CH2<br />
CH3 CH2 Cl CH3<br />
Cloroetano 3-Bromo-3-etilpentano<br />
CH3 CH2 CH2 Cl<br />
1-Cloropropano<br />
Cl Cl<br />
CH3 CH CH3 CH3 CH CH2 CH CH3<br />
2-cloropropano Cl<br />
2,4 – dicloropentano.<br />
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Macromoléculas.<br />
Importancia de las macromoléculas naturales.<br />
Es de gran importancia el estudio de las macromoléculas naturales (polímeros naturales), ya<br />
que estas macromoléculas son los sustancias esenciales de los organismos vivos, entre ellas<br />
encontramos a: los carbohidratos, las grasas y las proteínas. Estas sustancias combinadas y de<br />
manera individual desarrollan grandes funciones (de transporte, de soporte, energética, etc.) en los<br />
seres vivos.<br />
Carbohidratos.<br />
Los carbohidratos son los compuestos orgánicos más abundantes de la biosfera y a su vez los<br />
más diversos. Normalmente se los encuentra en las partes estructurales de los vegetales y también<br />
en los tejidos animales, como glucosa o glucógeno. Estos sirven como fuente de energía para todas<br />
las actividades celulares vitales.<br />
Los carbohidratos son uno de los principales componentes de la dieta y son una categoría de<br />
alimentos que abarcan azúcares, almidones y fibra.<br />
La principal función de los carbohidratos es proveer energía al cuerpo, especialmente al<br />
cerebro y al sistema nervioso. El organismo transforma los almidones y azúcares en glucosa.<br />
Las necesidades del organismo son cubiertas por la alimentación. Las carbohidratos pueden<br />
ser absorbidos directamente en el intestino, sin necesidad de ser degradados. Una vez absorbidos<br />
pasan al hígado que es capaz de almacenarlos en forma de glucógeno. Este es transformado<br />
continuamente en glucosa que pasa a la sangre y que es consumida por todas las células del<br />
organismo.<br />
La cantidad máxima de glúcidos que podemos ingerir sólo está limitado por su valor calórico y<br />
nuestras necesidades energéticas, es decir, por la obesidad que podamos tolerar.<br />
La familia de los carbohidratos incluye la de los azúcares y los almidones. A pesar de que<br />
ambos tipos de carbohidratos son transformados en glucosa, los alimentos ricos en almidones, como<br />
los granos y vegetales, usualmente suplen vitaminas, minerales y fibras. En cambio los azúcares<br />
como los caramelos, pudines, cereales azucarados, proveen calorías vacías, que proporcionan<br />
energía pero no nutrientes.<br />
Los carbohidratos, hidratos de carbono y también simplemente azúcares. En su composición<br />
entran los elementos carbono, hidrógeno y oxígeno, con frecuencia en la proporción Cn(H20)n, por<br />
ejemplo, glucosa C6(H2O)6 de aquí los nombres carbohidratos o hidratos de carbono.<br />
Estructura.<br />
1. Su estructura está basada en un esqueleto carbonado (molécula orgánica)<br />
2. Puede tener un grupo aldehído o un grupo cetona, ó ambos.<br />
3. A la cadena carbonada se unen grupos hidroxilo ( OH - ) por lo que se pueden considerar de la<br />
familia de los alcoholes polihidroxilados o "polioles".<br />
4. Son moléculas ricas en enlaces de alta energía ( C – H; C– C; C – OH; C = O)<br />
5. Por lo general tienen isómeros ópticos y muchas de éstas presentan actividad óptica.<br />
Clasificación.<br />
64<br />
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Los carbohidratos se clasifican en monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. Un<br />
monosacárido, es una unidad, ya no se subdivide más por hidrólisis ácida o enzimática, por ejemplo<br />
glucosa, fructosa o galactosa.<br />
Los oligosacáridos están constituidos por dos a diez unidades de monosacáridos. La palabra<br />
viene del griego, oligo = pocos. Digamos el azúcar que utilizamos es un disacárido y por tanto un<br />
oligosacárido.<br />
Los polisacáridos son macromoléculas, por hidrólisis producen muchos monosacáridos, entre<br />
100 y 90 000 unidades.<br />
Como primera aproximación, desde el punto de vista químico, los carbohidratos son<br />
polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas o compuestos que los producen por hidrólisis ácida o<br />
enzimática. Esto es solo parcialmente cierto, pues en solución acuosa, las estructuras de<br />
polihidroxialdehídos o de polihidroxicetonas, permanecen en pequeña proporción en equilibrio con<br />
sus formas cíclicas, que son las más abundantes. Estos aspectos interesantes los veremos más<br />
adelante.<br />
Monosacáridos<br />
Como ya señalamos, en una primera aproximación, son polihidroxialdehídos o<br />
polihidroxicetonas. La estructura contiene pues, varios grupos hidroxilos y un grupo carbonilo. El<br />
sufijo que se utiliza al referirnos a ellos es "osa". Una hexosa es por tanto, un monosacárido de seis<br />
átomos de carbono. Si el carbonilo se presenta como aldehído será una aldohexosa y si se presenta<br />
de forma similar a una cetona, diremos es una cetohexosa.<br />
Función.<br />
65<br />
La mayoría de los monosacáridos naturales son pentosas o hexosas.<br />
Los carbohidratos tienen varias funciones en las células. Ellos son una excelente fuente de<br />
energía para las varias actividades que ocurren en nuestras células. Algunos carbohidratos pueden<br />
tener una función estructural. Por ejemplo, el material que mantiene a las plantas de pie y da a la<br />
madera sus propiedades resistentes es una forma del polímero de glucosa conocida como la<br />
celulosa. Otros tipos de los polímeros de azúcar se encuentran en las energías almacenadas, como<br />
el almidón y el glicógeno. El almidón es encontrado en productos vegetales como las papas, y el<br />
glicógeno es encontrado en animales.<br />
Los carbohidratos son esenciales para la comunicación entre las células. Estas moléculas<br />
también ayudan a las células adherirse la una a la otra, así como al material que rodea a éstas en el<br />
cuerpo. La capacidad del cuerpo para defenderse contra la invasión de microbios y la eliminación del<br />
material extranjero (como la captura del polvo y el polen por el tejido mocoso en nuestra nariz y<br />
garganta) es también dependiente de las propiedades de los carbohidratos.<br />
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Lípidos.<br />
Propiedades generales.<br />
Los lípidos son un grupo de biomoléculas que se encuentran ampliamente distribuidas en la<br />
naturaleza. Desde el punto de vista químico, son el grupo más heterogéneo y, de hecho, no<br />
responden a ninguna composición general. Su característica general es la apolaridad o<br />
hidrofobicidad, aunque dentro de ellos existen diferentes grados: desde lípidos totalmente apolares e<br />
insolubles en agua hasta los que tienen parte de su estructura altamente polar y son, por ello,<br />
capaces de interactuar con el agua por dicha zona.<br />
Hablando desde un punto de vista general, los lípidos apolares cumplen funciones de almacén<br />
de energía metabólica, lubricación y protección, mientras que los polares tienen funciones<br />
estructurales, o sea, que participan en la composición de las membranas biológicas. Además de<br />
éstos, otros lípidos cumplen otras funciones más específicas, como vitaminas, hormonas, etc.<br />
Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono e hidrógeno y<br />
generalmente también oxígeno; pero en porcentajes mucho más bajos. Además pueden contener<br />
también fósforo, nitrógeno y azufre .<br />
Es un grupo de sustancias muy heterogéneas que sólo tienen en común estas dos<br />
características:<br />
Son insolubles en agua<br />
Son solubles en disolventes orgánicos, como éter, cloroformo, benceno, etc.<br />
Denominamos lípidos a un conjunto muy heterogéneo de biomoléculas cuya característica<br />
distintiva aunque no exclusiva ni general es la insolubilidad en agua, siendo por el contrario, solubles<br />
en disolventes orgánicos (benceno, cloroformo, éter, hexano, etc.). Están constituidas básicamente<br />
por tres elementos: carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O); en menor grado aparecen también en<br />
ellos nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S).<br />
Los lípidos pueden encontrarse unidos covalentemente con otras biomoléculas como en el<br />
caso de los glicolípidos (presentes en las membranas biológicas). También son numerosas las<br />
asociaciones no covalentes de los lípidos con otras biomoléculas, como en el caso de las<br />
lipoproteínas y de las estructuras de membrana.<br />
Estructura.<br />
La mayor parte de la estructura de los lípidos es muy poco polar y está formada, casi<br />
exclusivamente, por átomos de carbono he hidrógeno.<br />
Usos de los lípidos<br />
energética<br />
reserva de agua<br />
producción de calor<br />
estructural<br />
informativa<br />
catalítica<br />
Clasificación de los lípidos<br />
66<br />
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Los lípidos se clasifican en dos grupos, atendiendo a que posean en su composición ácidos<br />
grasos (Lípidos saponificables) o no lo posean ( Lípidos insaponificables ).<br />
A. Simples<br />
Lípidos saponificables<br />
Acilglicéridos<br />
Céridos<br />
B. Complejos<br />
Fosfolípidos<br />
Glucolípidos<br />
Lípidos insaponificables<br />
Terpenos<br />
Esteroides<br />
Prostaglandinas<br />
1.1.6. Proteínas.<br />
Las proteínas son biomóleculas formadas básicamente por carbono, hidrógeno, oxígeno y<br />
nitrógeno. Pueden además contener azufre y en algunos tipos de proteínas, fósforo, hierro, magnesio<br />
y cobre entre otros elementos.<br />
Pueden considerarse polímeros de unas pequeñas moléculas que reciben el nombre de<br />
aminoácidos y serían por tanto los monómeros unidad. Los aminoácidos están unidos mediante<br />
enlaces peptídicos.<br />
La unión de un bajo número de aminoácidos (AA) da lugar a un péptido; si el número de AA<br />
que forma la molécula no es mayor de 10, se denomina oligopéptido, si es superior a 10 se llama<br />
polipéptido y si el número es superior a 50 AA se habla ya de proteína.<br />
Propiedades.<br />
Especificidad: la especificidad se refiere a su función; cada una lleva a cabo una determinada<br />
función y lo realiza porque posee una determinada estructura primaria y una conformación<br />
espacial propia; por lo que un cambio en la estructura de la proteína puede significar una pérdida<br />
de la función.<br />
Además, no todas las proteínas son iguales en todos los organismos, cada individuo posee<br />
proteínas específicas suyas que se ponen de manifiesto en los procesos de rechazo de órganos<br />
transplantados. La semejanza entre proteínas son un grado de parentesco entre individuos, por lo<br />
que sirve para la construcción de "árboles filogenéticos"<br />
Desnaturalización: consiste en la pérdida de la estructura terciaria, por romperse los puentes que<br />
forman dicha estructura. Todas las proteínas desnaturalizadas tienen la misma conformación, muy<br />
abierta y con una interacción máxima con el disolvente, por lo que una proteína soluble en agua<br />
cuando se desnaturaliza se hace insoluble en agua y precipita. La desnaturalización se puede<br />
producir por cambios de temperatura, ( huevo cocido o frito ), variaciones del pH. En algunos<br />
casos, si las condiciones se restablecen, una proteína desnaturalizada puede volver a su anterior<br />
plegamiento o conformación, proceso que se denomina renaturalización.<br />
La palabra proteína viene de griego protos que significa "lo más antiguo, lo primero", lo cual<br />
67<br />
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nos indica el papel tan importante que tienen en la nutrición. Las proteínas son los elementos básicos<br />
del cuerpo, esenciales en todo el metabolismo. Hay muchos errores populares en relación a las<br />
proteínas. Por ejemplo: muchos creen que no engordan. En realidad, un gramo de proteína contiene<br />
4 calorías (la misma cantidad que el azúcar y otros carbohidratos) y su exceso puede convertirse en<br />
grasa y ser almacenada como tal. El cuerpo usa 20 aminoácidos (los elementos que forman las<br />
proteínas) en su actividad metabólica.<br />
Las proteínas se clasifican en :<br />
Holoproteínas: formadas solamente por aminoácidos<br />
Heteroproteínas: formadas por una fracción proteínica y por un grupo no proteínico, que se<br />
denomina "grupo prostético‖.<br />
Estructural<br />
Enzimatica<br />
Hormonal<br />
Defensiva<br />
Transporte<br />
Reserva<br />
68<br />
queratina de la epidermis.<br />
Son las más numerosas y especializadas. Actúan como biocatalizadores de las<br />
reacciones químicas.<br />
Macromoléculas sintéticas.<br />
Los polímeros naturales, por ejemplo la lana, la seda, la celulosa, etc., se han empleado<br />
profusamente y han tenido mucha importancia a lo largo de la historia. Sin embargo, hasta finales del<br />
siglo XIX no aparecieron los primeros polímeros sintéticos, como por ejemplo el celuloide.<br />
Los primeros polímeros que se sintetizaron se obtenían a través de transformaciones de<br />
polímeros naturales. En 1839 Charles Goodyear realiza el vulcanizado del caucho. El nitrato de<br />
celulosa se sintetizó accidentalmente en el año 1846 por el químico Christian Friedrich Schönbein y<br />
en 1868, John W. Hyatt sintetizó el celuloide a partir de nitrato de celulosa.<br />
El primer polímero totalmente sintético se obtuvo en 1909, cuando el químico belga Leo<br />
Hendrik Baekeland fabrica la baquelita a partir de formaldehído y fenol. Otros polímeros importantes<br />
se sinterizaron en años siguientes, por ejemplo el poliestireno (PS) en 1911 o el poli(cloruro de vinilo)<br />
(PVC) en 1912.<br />
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En 1922, el químico alemán Hermann Staudinger comienza a estudiar los polímeros y en 1926<br />
expone su hipótesis de que se trata de largas cadenas de unidades pequeñas unidas por enlaces<br />
covalentes. Propuso las fórmulas estructurales del Poliestireno y del Polioximetileno, tal como las<br />
conocemos actualmente, como cadenas moleculares gigantes, formadas por la asociación mediante<br />
enlace covalente de ciertos grupos atómicos llamados "Unidades Estructurales". Este concepto se<br />
convirtió en "Fundamento" de la Química Macromolecular sólo a partir de 1930, cuando fue<br />
ampliamente aceptado.En 1953 recibió el Premio Nobel de Química por su trabajo.<br />
Wallace Carothers, trabajando en la empresa DuPont desde 1928, desarrolló un gran número de<br />
nuevos polímeros: poliésteres, poliamidas, neopreno, etc.<br />
La Segunda Guerra Mundial contribuyó al avance en la investigación de polímeros. Por<br />
ejemplo, fue muy importante la obtención del caucho natural por caucho sintético.<br />
En los años 1950 el alemán Karl Ziegler y el italiano Giulio Natta desarrollaron los<br />
catalizadores de Ziegler-Natta y obtuvieron el Premio Nobel de Química en 1963.<br />
1974.<br />
69<br />
Otro Premio Nobel de Química fue concedido por sus estudios de polímeros a Paul Flory en<br />
En la segunda mitad del siglo XX se desarrollaron nuevos métodos de obtención, polímeros y<br />
aplicaciones. Por ejemplo, catalizadores metalocénicos, fibras de alta resistencia, polímeros<br />
conductores (en 2000 Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid y Hideki Shirakawa recibieron el Premio<br />
Nobel de Química por el desarrollo de estos polímeros), estructuras complejas de polímeros,<br />
polímeros cristales líquidos, etc.<br />
Polimerización y estructura<br />
La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denomina<br />
polimerización. Según el mecanismo por el cual se produce la reacción de polimerización para dar<br />
lugar al polímero, ésta se clasifica como polimerización por pasos o como polimerización en cadena.<br />
En cualquier caso, el tamaño de la cadena dependerá de parámetros como la temperatura o el<br />
tiempo de reacción, teniendo cada cadena un tamaño distinto y, por tanto, un peso molecular distinto,<br />
por lo que se habla de peso promedio para el polímero.<br />
Los polímeros pueden ser lineales, formados por una única cadena de monómeros, o bien<br />
ésta cadena puede presentar ramificaciones de mayor o menor tamaño. También se pueden formar<br />
entrecruzamientos provocados por el enlace entre átomos de distintas cadenas.<br />
La naturaleza química de los monómeros, su peso molecular y otras propiedades físicas, así<br />
como la estructura que presentan determinan diferentes características para cada polímero. Por<br />
ejemplo, si un polímero presenta un grado de entrecruzamiento, el material será mucho más difícil de<br />
fundir que si no presentara ninguno.<br />
Los enlaces de carbono en los polímeros no son equivalentes entre sí, por eso dependiendo<br />
del orden estereoquímico de los enlaces, un polímero puede ser: atáctico (sin orden), Isotáctico<br />
(mismo orden), o sindiotáctico (orden alternante) a esta conformación se le llama tacticidad. Las<br />
propiedades de un polímero pueden ser modificadas severamente según su estereoquímica.<br />
En el caso de que el polímero provenga de un único tipo de monómero se denomina<br />
homopolímero y si proviene de varios monómeros se llama copolímero o heteropolímero. Por<br />
ejemplo, el poliestireno es un homopolímero pues proviene de un único tipo de monómero, el<br />
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estireno, mientras que si se parte de estireno y acrilonitrilo se puede obtener un copolímero de estos<br />
dos monómeros.<br />
En los heteropolímeros los monómeros pueden distribuirse de diferentes maneras,<br />
particularmente para polímeros naturales, los monómeros pueden repetirse de forma aleatoria,<br />
informativa (como en los polipéptidos de las proteínas o los ácidos nucleicos) o periódica, como en el<br />
peptidoglucano.<br />
Copolímero se le llama convencionalmente a un polímero sintético, los monómeros que<br />
conforman su cadena, son 2 o más, estos se ubican en la cadena principal alternándose según el<br />
diseño en: copolímero alternante,.Copolímero en bloque Copolímero aleatorio, Copolímero de injerto.<br />
Para lograr este diseño, la reacción de polímerización y los catalizadores deben ser los adecuados.<br />
a) Homopolímero<br />
b) Copolímero alternante<br />
c) Copolímero bloque<br />
d) Copolímero aleatorio<br />
e) Copolímero de injerto<br />
Finalmente, los extremos de los polímeros pueden ser distintos que el resto de la cadena<br />
polimérica, sin embargo es mucho más importante el resto de la cadena que estos extremos debido a<br />
que la cadena es de una gran extensión comparada con los extremos.<br />
Clasificación<br />
70<br />
Existen varias formas posibles de clasificar los polímeros, sin que sean excluyentes entre sí.<br />
Según su origen<br />
Polímeros naturales. Existen en la naturaleza muchos polímeros y las biomoléculas que forman los<br />
seres vivos son macromoléculas de polímeros. Por ejemplo, las proteínas, la celulosa, el hule o<br />
caucho natural, la quitina, lignina, etc.<br />
Polímeros semisintéticos. Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Por ejemplo, la<br />
nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc.<br />
Polímeros sintéticos. Muchos polímeros se obtienen industrialmente a partir de los monómeros. Por<br />
ejemplo, el nylon, el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC), el polietileno, etc.<br />
Según su mecanismo de polimerización<br />
En 1929 Carothers propuso una distinción de los polímeros según su mecanismo de reacción:<br />
Unos años más tarde, Flory refinó la clasificación, dándo más énfasis a la cinética de reacción<br />
que al hecho de liberar o no moléculas pequeñas:<br />
Polímeros formados por etapas. La cadena de polímero va creciendo gradualmente mientras haya<br />
monómeros disponibles, añadiendo un monómero cada vez. Esta categoría incluye todos los<br />
polímeros de condensación de Carothers y además algunos otros que no liberan moléculas pequeñas<br />
pero sí se forman gradualmente, como por ejemplo los poliuretanos.<br />
Polímeros formados por reacción en cadena. Cada cadena individual de polímero se forma a gran<br />
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velocidad y luego queda inactiva, a pesar de estar rodeada de monómero.<br />
Según su composición química<br />
Polímeros vinílicos. La cadena principal de sus moléculas está formada exclusivamente por átomos<br />
de carbono. Dentro de ellos se pueden distinguir:<br />
Poliolefinas, formados mediante la polimerización de olefinas. Ejemplos: polietileno y polipropileno.<br />
Polímeros estirénicos, que incluyen al estireno entre sus monómeros. Ejemplos: poliestireno y caucho<br />
estireno-butadieno.<br />
Polímeros vinílicos halogenados, que incluyen átomos de halógenos (cloro, flúor...) en su<br />
composición. Ejemplos: PVC y PTFE.<br />
Polímeros acrílicos. Ejemplos: PMMA.<br />
Polímeros orgánicos no vinílicos. Además de carbono, tienen átomos de oxígeno y/o nitrógeno en su<br />
cadena principal. Algunas sub-categorías de importancia: Poliésteres, Policarbonatos, Poliamidas ,<br />
Poliuretanos, Polímeros inorgánicos. Entre otros:<br />
Basados en azufre. Ejemplo: polisulfuros.<br />
Basados en silicio. Ejemplo: silicona.<br />
Según sus aplicaciones<br />
71<br />
Atendiendo a sus propiedades y usos finales, los polímeros pueden clasificarse en:<br />
Elastómeros. Son materiales con muy bajo módulo de elasticidad y alta extensibilidad; es decir, se<br />
deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo.<br />
En cada ciclo de extensión y contracción los elastómeros absorben energía, una propiedad<br />
denominada resiliencia.<br />
Plásticos. Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman<br />
irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original. Hay que resaltar que el término plástico se<br />
aplica a veces incorrectamente para referirse a la totalidad de los polímeros.<br />
Fibras. Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos<br />
cuyas dimensiones permanecen estables.<br />
Recubrimientos. Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros<br />
materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión.<br />
Adhesivos. Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les permite<br />
unir dos o más cuerpos por contacto superficial.<br />
Según su comportamiento a alta temperatura<br />
Para clasificar polímeros, una de las formas empíricas más sencillas consiste en calentarlos<br />
por encima de cierta temperatura. Según si el material funde y fluye o por el contrario se descompone<br />
se diferencian dos tipos de polímeros:<br />
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Termoplásticos, que fluyen (pasan al estado liquido) al calentarlos y se vuelven a endurecer (vuelven<br />
al estado solido) al enfriarlos. Su estructura molecular presenta pocos (o ninguno) entrecruzamientos.<br />
Termoestables, que se descomponen químicamente al calentarlos, en vez de fluir. Este<br />
comportamiento se debe a una estructura con muchos entrecruzamientos, que impiden los<br />
desplazamientos relativos de las moléculas.<br />
La clasificación termoplásticos / termoestables es independiente de la clasificación<br />
elastómeros / plásticos / fibras. Existen plásticos que presentan un comportamiento termoplástico y<br />
otros que se comportan como termoestables. Esto constituye de hecho la principal subdivisión del<br />
grupo de los plásticos y hace que a menudo cuando se habla de "los termoestables" en realidad se<br />
haga referencia sólo a "los plásticos termoestables".<br />
Pero ello no debe hacer olvidar que los elastómeros también se dividen en termoestables (la<br />
gran mayoría) y termoplásticos (una minoría pero con aplicaciones muy interesantes).<br />
Propiedades ópticas de los polímeros<br />
Fotoconductividad<br />
Electrocromismo<br />
Fotoluminiscencia (fluorescencia y fosforescencia)<br />
Electroluminiscencia<br />
Efecto fotoeléctrico<br />
Efectos ópticos no lineares<br />
Efectos electro ópticos<br />
Fotorefractividad<br />
Propiedades eléctricas<br />
En general los polímeros tienen propiedades aislantes, para evitar cargas estáticas en<br />
aplicaciones que lo requieran, se ha utilizado el uso de antiestáticos que permite en la superficie del<br />
polímero una conducción parcial de cargas eléctricas. Los polímeros conductores han sido<br />
recientemente desarrollados y sus aplicaciones apenas están siendo estudiadas.<br />
Ejemplos de polímeros con alta importancia<br />
Polímeros comunes<br />
Polietileno (HDPE o LDPE, alta o<br />
baja densidad)<br />
Polipropileno (PP)<br />
Poliuretano (PUR)<br />
Policloruro de vinilo (PVC)<br />
Poliestireno (PS)<br />
Politereftalato de etileno (PET)<br />
Poli(etilenglicol)<br />
72<br />
Polímeros de ingeniería<br />
Politereftalato de etileno<br />
Nylon (poliamida 6)<br />
Polilactona<br />
Policaprolactona<br />
Polieter<br />
Polisiloxanos<br />
Polianhidrido<br />
Poliurea<br />
Policarbonato<br />
Polisulfonas<br />
Poliacrilonitrilo<br />
ABS<br />
Polióxido de etileno<br />
Policicloctano<br />
Poli(n-butil acrilato)<br />
Poliéster<br />
Polímeros funcionales<br />
Copolímeros<br />
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Polímeros de adición.<br />
La reacción de polimerización implica a cada paso la formación de una molécula de bajo peso<br />
molecular, por ejemplo agua.<br />
Polímeros de condensación.<br />
La polimerización no implica liberación de ningún compuesto de bajo peso molecular.<br />
73<br />
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