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Unidad seis

Ciencias naturales

Por qué existe una gran diversidad de compuestos en la naturaleza

Presentación

E

n la estructuración de nuestro planeta observamos una serie de elementos, sustancias y objetos que han evolucionado a través del tiempo. Esta evolución conlleva al cambio en las estructuras produciendo en cada paso nuevas formas, colores y aromas, entre otros, y las propiedades de las nuevas sustancias son diferentes a las de los elementos de partida. También observamos como el hombre al conocer las propiedades de la materia ha desarrollado diversos procesos con el fin de mejorar la calidad de vida o facilitar otros procesos. Todos los días nos encontramos frente a compuestos químicos ya sean naturales o fabricados que responden a diversas necesidades humanas. • ¿Qué compuestos forman la gasolina? ¿Porqué es inflamable? • ¿Cuál es la fórmula del gas que se utiliza para cocinar? • ¿Porqué el oxígeno del aire ataca al hierro? ¿Qué compuesto se forma? • ¿Qué sustancias componen a los limpiadores? • ¿Los alimentos que ingerimos en que se transforman? • ¿El cemento de que está formado? • ¿Qué es el vinagre? ¿cómo se obtiene? • ¿Porqué no es recomendable hacer quemas en los cultivos Usted se habrá dado cuenta que en cualquier campo de la actividad humana interviene la materia, por eso es necesario conocer la naturaleza y propiedades de los compuestos con los que se relaciona día a día. En la unidad 5 estudiamos los elementos y como estos se clasifican en la Tabla Periódica, así como también aprendimos a identificarlos por su nombre y por su símbolo. Ahora estudiaremos como estos elementos se combinan para formar una gran diversidad de compuestos. ■

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167

Objetivos

Objetivo de la unidad: Que los alumnos y alumnas comprendan como los átomos interaccionan para la formación de compuestos y poder diferenciarlos por medio de su fórmula, así como también relacionarlos con diferentes procesos industriales, biológicos, del medio ambiente y de nuestra vida cotidiana.

Objetivos específicos: Que los alumnos y alumnas desarrollen la capacidad de: 1. Fundamentar el estudio de la formación, identificación y propiedades de los compuestos inorgánicos. 2. Formar e identificar los compuestos orgánicos de acuerdo al tipo de cadena carbonada principal y grupo funcional. 3. Identificar distintos tipos de reacciones químicas, reconocer la información que las ecuaciones químicas ofrecen y analizar los factores que influyen en la velocidad de una reacción. 4. Valorar la importancia de los compuestos químicos en los procesos industriales, biológicos, medio ambiente y en nuestra vida cotidiana

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Contenidos

Enlaces químicos Nomenclatura química. Compuestos de carbono Hidrocarburos Bioquímica Reacción química

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Enlaces químicos os elementos químicos se combinan unos con otros para formar compuestos, a esa fuerza que mantiene unidos a dos átomos se le conoce con el nombre de “enlaces químicos”.

L

Tipos de enlaces

Iónico Polar Enlace

Covalente No polar Metálico

¿Cuáles son los electrones que participan en la unión de átomos? a) Enlace iónico En un enlace químico participan normalmente los electrones de la capa externa, llamados también Electrones de valencia. Para que se produzca un enlace químico la última capa no tiene que estar llena. Al tener un enlace químico se deben tomar en cuenta las siguientes consideraciones: a) La unión entre los átomos se realiza mediante los electrones de la capa exterior o de valencia. b) El enlace químico se produce cuando algunos átomos ceden electrones, aceptan electrones o comparten electrones. c) Los gases nobles por tener su última capa llena de electrones, tienen una gran estabilidad y por lo tanto poca reactividad. d) Todos los átomo cuando se unen tienden a completar su última capa de electrones, de tal forma que se parezca a la de un gas noble.

Este tipo de enlace se efectúa entre metales y no-metales, por transferencia de electrones del metal (cede e-) al no metal (acepta e-). En esta transferencia se forman iones (+) y (-) que después se atraen fuertemente por diferencia de cargas. Sabemos de la unidad pasada que los metales tiene baja electronegatividad y los no-metales tienen alta electronegatividad, podemos concluir entonces que en un compuesto sus átomos están unidos por enlace iónico cuando se unen elementos que tienen gran diferencia en sus electronegatividades:

Na

+

Cl

NaCl

Metal no metal Baja electroneg. Alta electroneg. Cede electrones acepta electronesa Ej. NaCl sal de mesa o de cocina

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El Na elemento de baja electronegatividad, el Cl elemento de alta electronegatividad por lo tanto sus átomos están unidos por enlace iónico

Propiedes de los compuestos iónicos

• Su estado físico es sólido y pueden ser duros o frágiles • Sus puntos de fusión y de ebullición son altos • Fundidos o en solución acuosa conducen la corriente eléctrica • Son solubles en el agua • Forman cristales (redes cristalina)

Comprueba todas las características anteriores con un compuesto iónico conocido como la sal de cocina.

b) Enlace convalente Este tipo de enlace se efectúa entre elementos de alta electronegatividad, es decir entre dos no-metales y se da por compartimiento de electrones. Se distinguen dos tipos de enlace covalente: No polar y Polar

❚ Covalente No polar: Se origina cuando se unen dos átomos de un mismo elemento para formar una molécula. Ejemplo: H + H H-H No metal no metal Alta electroneg. Alta electroneg.

; H2

El par de electrones compartidos se representa por una línea que une los símbolos de los átomos H - H, cuya molécula se representa H2 Cl + Cl Cl - Cl No metal no metal Alta electroneg. Alta electroneg.

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; Cl2

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Propiedades de los compuestos covalentes no polares

• Moléculas con dos átomos • Actividad química media • Baja solubilidad en el agua • No son conductores del calor o la electricidad • Estado físico: la mayoría gaseoso, aunque pueden existir como sólidos y líquidos.

❚ Covalente Polar: Se origina cuando se unen dos átomos no-metálicos de diferentes electronegatividades. Ejémplo.

H + Cl No metal no metal Alta electroneg. Alta electroneg.

HCl

Otros compuestos con enlace covalente polar: H2O, CO2, PCl3 Te das cuenta de la infinidad de compuestos iónicos y covalentes que puedes formar tomando en consideración lo anterior:

Propiedades de los compuestos covalentes polares

• Moléculas que existen en los tres estados físicos de agregación: sólido, líquido y gaseoso • Gran actividad química • Solubles en el agua • Puntos de fusión y de ebullición bajos • En soluciones acuosas conducen la corriente electrica.-

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c) Enlace metálico Este enlace se presenta en los metales y aleaciones al constituir cristales metálicos. Ejemplos de sustancias que los presentan: todos los metales, Oro, Plata, Sodio, las aleaciones como los aceros, amalgamas de mercurio, etc.

Propiedades de los compuestos metálicos

• Punto de fusión y de ebullición alto • Son conductores del calor y de la electricidad • Son dúctiles y maleables • Tiene brillo metálico

➠

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PARA RECORDAR:

■

Compuesto iónico: cuando se une un elemento de baja electronegatividad con uno de alta electronegatividad.

■

Compuestos covalentes: Cuándo se unen dos elementos de electronegatividades altas, es decir cuando se unen dos elementos que se encuentren en la tabla periódica arriba de la línea quebrada.

■

Compuesto metálico: cuándo se unen dos elementos de electronegatividades bajas, es decir dos elementos que se encuentran debajo de la línea quebrada en la tabla periódica

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Nomenclatura química

L

os químicos utilizaban ciertos nombres para los compuestos, por ejemplo: cal viva, leche de magnesia, ácido muriático. Estos nombres son “nombres comunes” no obedecían a regla alguna, se imagina cuántos compuestos existen en la naturaleza y cada uno de ellos con un nombre propio, sería muy difícil recordar tantos nombres. Es por eso que existe un sistema para nombrarlos llamado nomenclatura; la nomenclatura establece un conjunto de reglas que permiten determinar el nombre apropiado de los compuestos químicos. Estas reglas son determinadas por una organización denominada IUPAC, Unión Internacional de Química Pura y Aplicada en el sistema STOK, existe también otro sistema y es indicando las cantidades de elementos en las fórmulas utilizando los prefijos griegos: mono(1), di(2), tri(3), tetra(4), penta(5), para indicar el número respectivo de átomos en el compuesto. Un sistema de nomenclatura permite nombrar a un compuesto conociendo su fórmula y también escribir la fórmula del compuesto si se conoce su nombre.

• Los símbolos de los elementos • Su posición en la tabla periódica • Su valencia y número de oxidación.

a) Clasificación de los compuestos:

Se pueden clasificar los compuestos en función de sus propiedades químicas, teniendo entonces los siguientes compuestos:

Oxído Básico • Oxidos Oxído ácido o anhídridos

• Hidruros

• Bases o Hidróxidos

Hidrácidos • Acidos

En la actualidad se conocen más de cuatro millones de compuestos químicos y sería imposible memorizar los nombres comunes de todos ellos.

Oxácidos

Haloideas o binarias • Sales

Para escribir la fórmula correcta o nombrar correctamente los compuestos es necesario conocer:

Oxisales

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b) Compuestos binarios (oxidos, hidruros y sales haloideas)

❚ Función oxido Los óxidos son combinaciones del oxígeno con otro elemento. Se conocen tres clases de óxidos: a) óxidos básicos b) óxidos ácidos c) óxido anfótero (que pueden actuar como óxido básico o como óxido ácido según sea el caso)

Cuando los subíndices se pueden simplificar, hay que hacerlo, por ejemplo el óxido de calcio. • Ca+2 O–2 • Ca 2 O2 • Ca O

El óxido que el hierro forma cuando se combina con el oxígeno del aire es el que todos conocemos como herrumbre o moho, se forma de la siguiente manera: Fe+3 O-2 Fe2O3 : óxido de hierro III. Nombre común: herrumbre

Oxidos básicos: Resultan de la combinación del oxígeno con un metal: Metal

+ O2

óxido básico

2 Na

+ O2

2 NaO

Para nombrarlos se antepone la palabra óxido al nombre del metal. • Na2O óxido de sodio • CaO óxido de calcio

Na

O

¿Por qué en el óxido de hierro sólo se indica la valencia del metal? Porque el hierro tiene más de una valencia, busquemos en la tabla periódica y vemos que el hierro trabaja con valencia +2 y +3. En cambio el sodio y el calcio sólo tienen una valencia, la del sodio es +1 y la del calcio es +2 Oxidos ácidos:

Para escribirlos, en la parte superior derecha se le coloca la valencia a cada ión. El oxígeno siempre tiene una valencia de –2. +1

–2

Los óxidos ácidos son los que resultan de las combinaciones del oxígeno con un no metal. No metal + O2 C + O2 Carbono + oxígeno

Se intercambian las valencias y se colocan como subindices, así Na2 O Na2 O

176

Se simplifica quedando óxido de calcio

óxido de sodio

Oxido Acido CO2 óxido de carbono IV o Dióxido de carbono

Para nombrarlos siempre a la palabra óxido se le agrega el nombre del elemento, en este caso del no metal.

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Para escribirlos el oxígeno siempre tiene un índice de oxidación de -2, en cambio el no-metal puede trabajar con varias valencias y es necesario indicar con cuál valencia está trabajando en ese momento. Ejemplos: Sistema Stok CO

óxido de carbono II

CO2

óxido de carbono IV

NO2

óxido de nitrógeno IV

N2O5

óxido de nitrógeno V

En algunos caso se usa la terminación OSO cuándo está trabajando con la menor valencia e ICO cuando esta trabajando con la mayor valencia. Fe O óxido ferroso (valencia del hierro +2) Fe2O3 óxido férrico (valencia del hierro +3)

❚ Hidruros

monóxido de carbono dióxido de carbono dióxido de nitrógeno pentóxido de dinitrógeno

Cómo escribimos y nombramos las bases o hidróxidos Las bases se caracterizan por llevar en su formula el grupo OH y este grupo siempre se escribirá a la derecha de un metal Ejemplos de bases: NaOH, KOH, Ca(OH)2 , Mg(OH)2 Las bases se forman al reaccionar un óxido básico con el agua.

Los hidruros se forman cuando el hidrógeno se combina con un metal del grupo IA o IIA, el hidrógeno tiene un estado de valencia de -1 Metal + Hidrógeno

Hidruro

Na

2 NaH

+

Otro sistema

H2

Para nombrarlos, a la palabra del metal se le antepone la palabra hidruro NaH hidruro de sodio KH hidruro de potasio CaH2 hidruro de calcio

Oxido básico + agua CaO

+

H2O

Base o hidróxido Ca(OH)2

Para nombrar siempre es con la palabra “Hidroxido” seguido del nombre del metal:

NaOH KOH Fe(OH)2 Mg(OH)2

Hidróxido de sodio Hidróxido de potasio Hidróxido de hierro II Hidróxido de magnesio

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• El hidróxido de aluminio Al(OH)3 se usa como antiácido, en el tratamiento de gastritis y úlceras, de la misma forma se le da uso al hidróxido de magnesio Mg(OH)2.

• El hidróxido de calcio Ca(OH)2 llamado comúnmente cal apagada, se emplea mucho en establos por su poder desinfectante, en la cocción del maíz, para blanquear paredes.

• El hidróxido de potasio (KOH), como el hidróxido de sodio (NaOH) se usan en la fabricación de jabones

No hay que olvidar que el metal actúa como catión es decir con valencia positiva

❚ Los ácidos Los ácidos se caracterizan por tener en su fórmula el elemento “H” Y este siempre va al inicio de toda formula; por ejemplo: HCl, H2SO4, H2S, HNO3 Podemos tener dos tipos de ácidos: ácidos hidrácidos (no llevan oxígeno en su molécula), y los ácidos oxácidos (si llevan oxígeno en su molécula). Ácidos hidrácidos Se forman cuando el hidrógeno se combina con un no metal No Metal + hidrógeno I2

+

H2

ácido hidrácido 2 HI

Para nombrarlos si no llevan oxígeno en su molécula, a la palabra ácido se le agrega el nombre del elemento con la terminación “hídrico”. HCl H2S 178

ácido clorhídrico ácido sulfhídrico

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Ácidos oxácidos Los ácidos oxácidos se forman cuando reacciona un óxido ácido con el agua Oxido ácido SO3

+ +

agua H2O

——————— ———————

Acido oxácido H2SO4

Para nombrarlos depende de la valencia: • Si el elemento central trabaja con una única valencia, se añade la terminación ICO. • Si tiene dos valencias, cuando trabaja con la mayor, se le pone la terminación ICO y cuando trabaja con la menor la terminación OSO • Cuando tiene más de dos valencias se usan los prefijos HIPO cuando trabaja con valencia +1 y PER cuando trabaja con la valencia +7.

VALENCIAS DE USO MÁS FRECUENTE EN LA FORMACIÓN DE ÁCIDOS OXÁCIDOS

Elemento Carbono (C) Nitrógeno (N) Azufre (S) Cloro (C)

Valencias +4 +5 +3 +6 +4 +7 +5 +3 +1

Nombre ácido Ácido carbónico Ácido nítrico Ácido nitroso Ácido sulfúrico Ácido sulfuroso Ácido perclorico Ácido clorico Ácido cloroso Ácido hipocloroso

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Para hacer el ácido carbónico, por ejemplo, primero se forma el óxido y a éste se le agrega agua: CO2

+

H2O

H2CO3

Pasos a seguir para formar el ácido nítrico: N2O5

+

H2O

H2N2O6

HNO3

Nombres de ácidos más comunes: HNO2 HNO3 H2SO3 H2SO4

ácido nitroso ácido nítrico ácido sulfuroso ácido sulfúrico

Lluvia ácida La lluvia es muy importante en nuestras vidas, pero cuando ésta se encuentra contaminada causa serios daños en la salud de las personas y animales, destruye arboles, deteriora edificios, etc. Esta lluvia contaminada se llama lluvia ácida. La contaminación del aire puede ser originado por diversas causas, entre ellas tenemos: liberación de sustancias de desechos en la industria a la atmósfera, la quema de carbón, gas natural y petróleo, los automoviles queman gasolina y expelen por el tubo de escape gases nosivos. Los mayores causantes de la lluvia ácida son los óxidos de azufre y los óxidos de nitrógeno que resultan en la quema de combustible, estos se combinan con el vapor de agua formando ácidos que suben por el aire y se acumulan en la atmósfera.

SO3

+

H2O

————————

H2SO4

ácido sulfúrico

N2O3 +

H2O

————————

2 HNO3

ácido nitríco

La lluvia ácida se puede desplazar desde los lugares en que se produce a otras zonas muy distantes ya que los ácidos formados permanecen en las nubes y estas son empujadas por el viento. La lluvia ácida daña la tierra sobre la que cae, también perjudica considerablemente la vida acuática ya que cae directamente en los lagos, ríos, daña los bosques, en muchos lugares los árboles están perdiendo sus hojas, daña también el suelo.

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Es necesario que cada ser humano tome conciencia de los daños que puede causar la lluvia ácida y ver la forma como contribuimos a que no se forme. Empecemos por hacernos la siguiente pregunta: ¿Qué puedo hacer yo para evitar que se siga formando lluvia ácida?

❚ Las sales Tenemos dos tipos de sales: • Sales haloideas, son aquellas que no llevan oxígeno en su molécula • Sales oxisales, son aquellas que llevan oxígeno en su molécula

Sales haloideas Pasos a seguir para escribir y nombrar correctamente una sal haloidea: 1. Las sales haloideas son compuestos binarios que cumplen con la fórmula general MN metal

no metal

2. Colocar en la parte superior derecha la valencia con que trabaja cada uno de los elementos. Ca+2 Cl-1 3. Intercambiar las valencias y colocarlas como subíndice Ca1Cl2 El número 1 no se coloca (cuándo no aparece subíndice, se sobreentiende que es la unidad) quedando entonces: CaCl2 4. Para nombrarlo, al elemento más electronegativo se le cambia la terminación por “URO”, como el cloro es el elemento más electronegativo, se le cambia la terminación, nombrándolo así: Cloruro de calcio

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CATIONES Y ANIONES MÁS USADOS EN LA FORMACIÓN DE SALES HALOIDEAS

Catión

Nombre

Anion

Nombre

H+

hidrógeno Litio potasio calcio magnesio aluminio

HCl Br S2IF-

hidruro cloruro bromuro sulfuro yoduro fluoruro

+

Li K+ Ca2+ Mg2+ Al3+

Ejemplos de compuestos binarios: NaCl MgS KI LiF

Cloruro de sodio Sulfuro de magnesio Yoduro de potasio Fluoruro de Litio

❚ Ejercicio: Diga el nombre de cada uno de los compuestos siguientes: a) Al Cl3 b) NaI c) CaS

Sales oxisales Las sales oxisales derivan de los ácidos oxácidos sustituyendo los hidrógenos por átomos de un metal y se nombran cambiándole la terminación al ácido.

Terminación ácido

Terminación sal

per

per

hipo

182

ico ico oso oso

hipo

ato ato ito ito

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Ácido

Nombre del ácido

H2CO3

Carbónico

HNO3 HNO2 H2SO4 H2SO3 HClO4 HClO3 HClO2 HClO HBrO3

Nítrico Nitroso Sulfúrico Sulfuroso Perclórico Clórico Cloroso Hipocloroso Brómico

Nombre químico

Catión CO3–2

Nombre del catión

Nombre de la sal

Sal

Carbónico

CaCO3

Carbonato de calcio

–

Nítrico

NaNO3

Nitrato de sodio

–

Nitroso

KNO2

Nitrito de potasio

–2

Sulfúrico

CaSO4

Sulfato de calcio

–2

Sulfuroso

Na2SO3

Sulfito de sodio

–

Perclórico

Mg(ClO4 )2

Perclorato de magnesio

–

Clórico

KClO3

Clorato de potasio

–

Cloroso

Zn(ClO2)2

Clorito de Zinc

–

Hipoclorito

NaClO

Hipoclorito de sodio

–

Brómico

NaBrO3

Bromato de sodio

NO3 NO2 SO4 SO3

ClO4 ClO3 ClO2 ClO

BrO3

Fórmula

Nombre común

Ácido clorhídrico

HCl

Ácido muriático

Limpieza de metales, presente en el ácido estomacal.

Ácido sulfúrico

H2SO4

Ácido de acumulador

Manufactura de fertilizantes, refinación de petróleo.

Carbonato de calcio

CaCO3

Piedra caliza, mármol

Fabricación de cemento, antiácido.

Cloruro de sodio Dioxido de carbono Hidróxido de carbono

NaCl CO2

Sal de mesa

Sazonador, fusión del hielo.

Hielo seco

Extinguidores de incendio, bebidas.

Ca(OH)2

Cal apagada

Mortero, neutralización ácidez de suelos.

Hidróxido de magensio

Mg(OH)2

Leche de magnesia

Laxante, antiácido

Hidróxido de sodio

NaOH

Sosa cáustica, lejía

Neutralización de ácidos, blanqueadores.

Oxido de calcio

CaO

Cal viva

Cemento, fabricación de acero, morteros.

Oxido de plomo (II)

PbO

Litargirio

Cemento para conexión de tubo metáticos.

Usos

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El carbonato de sodio es una sustancia química que tiene varios nombres comunes, entre ellos soda, sosa y sosa para blanquear. Se utiliza en detergentes de lavandería y en limpiadores como agentes suavizantes de agua. En la industria se utiliza en la fabricación de vidrio, jabón, detergentes y papel. El nitrito de sodio este compuesto ha sido muy utilizado para preservar carnes. Además de inhibir su descomposición, ayuda a conservar el color rosado de los jamones ahumados, salchichas y carnes frías. Sin embargo los investigadores lo consideran como una posible causa del cáncer en el estomago .

c) Compuestos inorgánicos contaminantes • Monoxido de Carbono: lo producen las refinerías de petróleo y los automoviles. Este gas afecta la estratosfera y al combinarse con la sangre forma carboxihemoglobina que es un veneno. • Dióxido de carbono: Se genera en procesos de combustión. La acumulación de este gas podría aumentar la temperatura de la superficie terrestre ocasionando desastres ecológicos. • Óxido de asufre: genera la lluvia ácida. • Oxido de nitrogeno: genera la lluvia ácida. • Fosfatos: constituyen uno de los principales contaminantes de lagos y ríos. Provienen de los detergentes y de los fertilizantes utilizados en exceso.

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Compuestos de carbono

Los compuestos del carbono son de gran importancia en la química ya que estos desempeñan un papel predominante en la química de los seres vivos y los vegetales. Otra razón es la innumerable existencia de compuestos de carbono útiles para el hombre: colorantes, detergentes, aromas, combustibles, etc. ¿Dónde hallar las enormes cantidades de carbono y de compuestos del carbono necesarios para desarrollar tanta industria? El carbón, un mineral negro de origen vegetal, procede de las materias vegetales en

descomposición acumuladas en los terrenos pantanosos durante épocas prehistóricas. El petróleo es una mezcla compleja cuyo aspecto varía desde un líquido poco denso y volátil, hasta una sustancia densa y alquitranosa. El petróleo tiene también su origen en las materias vivas acumuladas en edades remotas, materias que han experimentado profundas transformaciones químicas a lo largo de los tiempos geológicos. El gas natural es una mezcla de compuestos de bajo peso molecular de carbono e hidrógeno que se encuentra en campos subterraneos de areniscas u otras rocas porosas.

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Las plantas y los animales constituyen fábricas químicas, las cuales sintetizan muchos compuestos de carbono de utilidad para el hombre, entre ellos tenemos: almidones, aceites y ceras vegetales, grasas, colorantes, etc. Debido a que todas las fuentes de compuestos de carbono se han originado en la materia viva, ya sea animal o vegetal, la química de los compuestos del carbono se llama también química orgánica y los compuestos que contienen carbono se llaman compuestos orgánicos, excepto el CO2 , CO y los carbonatos.

d) Comparación entre los compuestos inorgánicos y orgánicos Existen muchas diferencias entre los compuestos orgánicos y los inorgánicos, por ejemplo los compuestos orgánicos se descomponen fácilmente con el calor, en cambio los inorgánicos no. A continuación encontraras una tabla donde se comparan las propiedades principales de estos compuestos.

Característica

Orgánicos

Inorgánicos

Punto de ebullición Punto de fusión Solubilidad en el agua Velocidad de reacción Solubilidad en solventes orgán

Bajo Bajo Baja Lenta Alta

Alto Alto Alta Rápida Baja

Conductividad de la corriente de sus soluciones.

Pobre

buena

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La tabla anterior da una idea del comportamiento en general de los compuestos, no olvidemos que si estamos trabajando con un compuesto específico tendríamos que analizar otros factores por ejemplo los enlaces, ya que en gran medida las propiedades de cualquier sustancias derivan de la naturaleza de los enlaces químicos existentes entre los átomos que conforman la molécula Comparación entre las propiedades del benceno (compuesto orgánico) y el cloruro de sodio (compuesto inorgánico).

Fórmula Solubilidad en agua Solubilidad en gasolina Inflamable Punto de fusión Punto de ebullición Densidad Enlaces

C6H6 Insoluble Soluble Si 5.5°C 80°C 0.88g/cm3 Covalente

NaCl Soluble Insoluble No 801°C 1413°C 2.7 g/cm3 Iónico

e) Comportamiento de los electrones de valencia del carbono El carbono por estar situado en el período 6 de la tabla periódica tiene en su última capa los electrones s2p2 .Representando los orbitales tenemos: Orbitales s

orbitales p

El carbono puede pasar un electrón s a un orbital p vacio y se representa sí: Orbitales s

orbitales p

Esos cuatro electrones desapareados son los que le dan la estabilidad al carbono cuando forma compuestos, por eso decimos que el carbono es tetravalente.

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Hidrocarburos

L

os compuestos orgánicos más sencillos son los hidrocarburos, compuestos solamente de carbono e hidrógeno. Todos los demás compuestos orgánicos se consideran como derivados de los hidrocarburos. Los hidrocarburos se clasifican en: • Hidrocarburos alifáticos: aquellos que no contiene anillos de seis átomos de carbono. • Hidrocarburos aromáticos: aquellos que contienen anillos de seis átomos de carbono. a) Serie de los Alcanos Los alcanos llamados también parafinas, son hidrocarburos saturados con la fórmula general CnH2n+2 Para nombrarlos se siguen la reglas de nomenclatura de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC): Los cuatro primeros alcanos tienen nombres propios, el resto se nombran a partir de las palabras griegas que indican el número de átomos de carbono en la molécula, seguidas del sufijo ano . En la siguiente tabla se dan los nombres y fórmulas de los primeros diez alcanos Nombre

No. de carbonos

Fórmula

Fórmula semidesarrollada

Metano

1

CH4

CH4

Etano

2

C2H6

CH3CH3

Propano

3

C3H8

CH3CH2CH3

Butano

4

C4H10

CH3(CH2)2CH3

Pentano

5

C5H12

CH3(CH2)3CH3

Hexano

6

C6H14

CH3(CH2)4CH3

Heptano

7

C7H16

CH3(CH2)5CH3

Octano

8

C8H18

CH3(CH2)6CH3

Nonano

9

C9H20

CH3(CH2)7CH3

Decano

1

C10H22

CH3(CH2)8CH3

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b) Serie de los Alquenos Los alquenos son hidrocarburos que tiene la fórmula general CnH2n y contienen un doble enlace carbono-carbono, estos compuestos también se les llama olefinas. Para nombrarlos, igual que los alcanos se nombran a partir de la palabra griega que indica el número de átomos de carbono en la molécula, pero ahora seguida del sufijo eno . El alqueno más sencillo es el eteno CH2 = CH2 pero su nombre común es etileno c) Serie de los alquinos Los alquinos son hidrocarburos que tiene la fórmula general CnH2n-2 y contienen un triple enlace carbono-carbono. Para nombrarlos, igual que los alcanos se nombran a partir de la palabra griega que indica el número de átomos de carbono en la molécula, pero ahora seguida del sufijo ino . El alquino más sencillo es el etino CH ≡ CH pero su nombre común es acetileno El acetileno arde con oxígeno en el soplete oxiacetilénico para dar una llama muy caliente (3000° C).

❚ El petróleo, fuente de hidrocarburo Petróleo es una palabra castellana que viene del latín “petroleum” que significa petra = piedra y oleum = aceite.

La gasolina y muchos otros combustibles estan hechos a base de petróleo.

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El petróleo es una mezcla de hidrocarburos que contiene en menor proporción otros elementos como el azufre, nitrógeno, hierro. Su origen se debe a la lenta descomposición de la materia orgánica acumulada en cuencas oceánicas, en otras eras geológicas, por lo que se encuentra entrampado por formaciones geológicas, ocupa los poros de ciertas rocas en los yacimientos y está sometido a la presión del llamado gas natural. Para extraerlo es necesario hacer unas grandes perforaciones y la presión hace que el crudo fluya a través de los poros y la tubería del pozo.

❚ Derivados de los hidrocarburos Los derivados de los hidrocarburos se caracterizan por tener un “grupo funcional” que los identifica unos de otros.

Estructura del compuesto R - OH R - CHO R - CO-R R -COOH

grupo funcional -OH - CHO - CO -- COOH

Nombre Alcohol Aldehido Cetona Ácido

R son radicales alquilo, estos son alcanos que se les ha quitado un átomo de hidrógeno, y el nombre del alquilo se obtiene cambiando el sufijo ano por il.

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Alcano Metano Etano Propano Butano

Fórmula CH4 C2H6 C3H8 C4H10

Grupo alquilo CH3 CH3CH2 CH3CH2CH2 CH3(CH2)2CH2

y nombre metil etil propil butil

El Metanol CH3OH es el alcohol más sencillo, es un líquido que hierve a 34ºC, el metanol se llama a veces alcohol de madera porque se puede obtener calentando madera en ausencia de aire, se emplea como disolvente, combustible, como materia prima en la producción de aditivos para combustibles, adhesivos, plasticos. El Etanol C2H5OH, hierve a 78°C, se conoce más por el nombre de alcohol etílico, se utiliza en bebidas y su obtención muchas veces es por fermentación de granos o de otros materiales que contiene azúcar o almidón: La reacción que se produce en la fermentación es: C6H12O6 ——————— - 2 C2H5OH + 2CO2 La fermentación del azúcar presente en las uvas produce el vino, la cerveza se obtiene a partir de la cebada y otros cereales que se fermentan, el whisky se pude obtener destilando maíz, cebada o trigo fermentado, el vodka se prepara destilando alcohol de mosto de patatas, el ron se obtiene por destilación de melaza de caña de azúcar fermentada. Las bebidas alcohólicas casi nunca contienen más de 45% de etanol. Muchas personas consumen bebidas alcohólicas y aunque digan que lo hacen en forma responsable, el uso inadecuado o sea el abuso es lo más usual, el alcohol actúa por lo general como un depresor leve, hace que baje el ritmo de la actividad física y mental, si se sobrepasan los límites puede ocasionar inconciencia e incluso la muerte. Muchas personas adictas son incapaces de conservar un trabajo regular o mantener unas buenas relaciones familiares, la mayoría de accidentes automovilísticos mortales es debido a un conductor que está en estado de ebriedad.

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Bioquímica

El estudio de la química que tiene lugar en el organismo y en todas la células vivas se llama BIOQUIMICA. Toda persona puede digerir y metabolizar muchas sustancia que ingiere en su dieta alimenticia; estas sustancias químicas obtenidas en los alimentos son las encargadas de ir formando o desarrollando los músculos, huesos, grasas. El organismo mismo es capaz de producir sustancias que lo protegen de enfermedades. Los alimentos que comemos se dividen en tres grupos principales: carbohidratos, proteínas y lípidos.

a) Carbohidratos Desde el punto de vista químico, los carbohidratos son compuestos formados por hidrógeno, carbono y oxígeno, se clasifican en tres grupos: Monosacáridos contienen de 3 a 8 carbonos en su estructura, siendo los más comunes los de seis átomos ej. La glucosa Oligosacáridos, los más comunes son los disacáridos ej. La sacarosa Polisacáridos, son compuestos de alto peso molecular ej. El almidón, la celulosa

❚ Monosacáridos Se encuentran en la naturaleza como producto especialmente de la fotosíntesis, todos tienen sabor dulce, son de aspecto cristalino transparente o blanquesino, son solubles en agua, aquí se encuentra clasificada la glucosa. Responden a la fórmula general C6H12O6 La glucosa y la fructosa (C6H12O6) abundan libres en las frutas, se encuentra en los jugos vegetales, en la miel. Se usa en la fabricación de dulces, en la industria química, pero su principal función es la de suministrarle energía al organismo En la sangre se encuentra en una proporción entre el 0.9 y 1 %, según la etapa del metabolismo, si está fuera de estos quiere decir que hay dificiencias orgánicas.

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Se habla entonces de HIPOGLICEMIA cuando la proporción es inferior y de HIPERGLICEMIA O DIABETES si la cantidad es superior. La hormona pancreática insulina, es la responsable de regular la proporción de glucosa en la sangre ❚ Oligosacaridos: Resultan de la unión de dos a seis moléculas de monosacaridos, los más comunes son los disacaridos, formados por dos moléculas de monosacardios. Se conocen muchos disacardios, entre los más comunes tenemos la sacarosa, la maltosa y la lactosa. Tienen como fórmula general C12H22O11. La sacarosa comúnmente conocida como azúcar de mesa, azúcar de caña o azúcar de remolacha, es el disacárido de mayor consumo mundial en la alimentación por su gran poder energético y su agradable sabor, se obtiene en las frutas, en la caña de azúcar, en la remolacha, en la miel de abejas. La maltosa, solamente está presente en las semillas de los cereales en germinación, industrialmente se obtiene al hidrolizar l cebada germinada o malta.

❚ Polisacaridos: Están constituidos por un gran número de unidades de monosacaridos. Algunos polisacardios son de gran importancia para los humanos como por ejemplo la lactosa que está presente en la leche de los mamíferos, por ese motivo se le llama también azúcar de leche, industrialmente se obtiene por

b) Proteínas Las proteínas son macromoléculas, la unidad fundamental son los aminoácidos, Son de gran importancia para todos los organismos ya que su función biológica es muy amplia según se puede observar en la siguiente tabla

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Tipo general de proteína

Función biológica

Estructural

Constituyentes de pelo, lana, plumas, músculo, piel

Respiratorio

Transporte y almacenaje de oxígeno

Enzim·tico

Catálisis biológica, reacciones

Anticuerpos

Defensa del organismo contra el ataque de agentes extraños, como virus y bacterias

Hormonal Nucleoproteica

Regulación del metabolismo Transmisión hereditaria

c) Lípidos Los lípidos son sustancias solubles en disolventes orgánicos, incluyen las grasas, aceites alimenticios. A temperatura normal las grasas son sólidas y los aceites son líquidos, a pesar que tanto las grasas como los aceites tienen la misma estructura básica, ambos son triacilgliceroles llamados comúnmente triglicéridos. En muchos organismos, los trigliceridos se utilizan como una forma de almacenar energía por un período largo. El exceso de alimentos ingerido es almacenado como grasa. Las grasas son una fuente de energía química. Las grasas almacenadas en el tejido adiposo animal, también sirve con un fin estructural, al proporcionar aislamiento contra el frío y para proteger los órganos delicados del organismo

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Reacción química

Ya sabemos que tanto en la naturaleza como en el hogar y en la industria se producen una gran cantidad de cambios químicos. • En el hogar la preparación de los alimentos, el encendido de un fósforo. • En la industria, la elaboración de jabones, etc. • En la naturaleza: la fotosíntesis Usted ya estudió la forma de representar cada sustancia (por medio de su fórmula). Para representar un cambio químico lo hacemos mediante las formulas de los compuestos que tenemos antes del cambio y las fórmulas que tenemos después del cambio REACTIVOS ——————— PRODUCTOS Sustancias antes del cambio ———————— Sustancias después del cambio

a) Ecuaciones químicas Las ecuaciones químicas se emplean para representar, mediante símbolos, lo que sucede durante la reacción. La herrumbre se forma cuando el hierro reacciona con lentitud con el oxígeno del aire y eso se representa de la siguiente manera:

Fe +

302

Fe2O3

Los reactivos están antes de la flecha Los productos están después de la flecha El signo + significa adición La flecha se lee produce

La reacción anterior se lee: la reacción del hierro con el oxígeno produce óxido de hierro III o herrumbre.

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b) Tipos de reacciones Hasta el momento se han clasificado las reacciones químicas de diversas maneras, una de las categorías más comunes es por el mecanismo de la reacción teniendo: ❚ Reacciones de combinación o síntesis Esta reacción se da cuando dos reactantes se combinan para dar un solo producto.

A

+

B

C

Ej. 2Na MgO SO3

+ + +

Cl2 H2O H2O

2 NaCl Mg(OH)2 H2SO4

❚ Reacciones de descomposición Estas reacciones se dan cuando un compuesto se descompone en otros más sencillos.

M Ej. 2HgO CaCO3

N

+

X

2Hg CaO

+ +

O2 CO2

Reacciones de desplazamiento sencillo o de sustitución simple En estas reacciones al reaccionar un elemento con un compuesto, sustituye o desplaza de éste un átomo, formándose otro compuesto y otro elemento diferente a los reactantes

A Ej. Cl2

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+

BC

AB

+

+

2NaBr

2NaCl +

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C Br2

Reacciones de doble desplazamiento o doble sustitución (metátesis) Este tipo de reacciones se da siempre entre dos compuesto, los cuales intercambian sus aniones y cationes.

AB

Ej. HCl

+

CD

AD

+

CB

+

KOH

KCl

+

H2O

c) Conservación de la masa en una reacción química En una reacción química, los átomos no se crean ni se destruyen, sólo se agrupan de manera distinta, se encuentra el mismo número de átomos en los reactivos que en los productos. El buscar igualar el número de átomos de reactantes con los átomos de los productos es lo que se conoce con el nombre de “Balancear” una reacción química para convertirla en ecuación química. En ciertas ocasiones el balanceo se hace por simple inspección. Ejemplo 1:

H2

+

O2

Reactivo 2H 2O

H2O Productos 2H 1O

Podemos observar que hay diferentes número de átomos de oxígeno en los reactantes que en los productos, hay un átomo más en los reactantes. Como no se puede cambiar las fórmulas de reactantes y productos se balancea la reacción cambiando los coeficientes ya sea de los reactantes o de los productos.

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2H2

+

O2

2H2O

Reactivo 4H 2O

Productos 4H 2O

La reacción, ya está balanceada porque hay igual número de átomos de hidrógeno y de oxígeno en ambos lados de la ecuación. Ejemplo 2:

Balancear la siguiente reacción: a)

Cl2 + HBr

HCl + Br2

b)

HNO3 + Ca (OH)2

Ca(NO3)2 + H2O

c)

Al2O3 + H2O

Al(OH)3

d)

P + O2

P2 O5

e)

Na + H2O

NaOH+ H2↑

d) Factores que afectan la velocidad de una reacción química Las reacciones químicas no ocurren a la misma velocidad, unas requieren más tiempo que otras, así tenemos que la reacción que se produce cuando al bicarbonato le agregamos unas gotas de limón la reacción se efectúa instantaneamente, en cambio cuando el hierro es expuesto al aire y reacciona con el oxígeno para formar la herrumbre ocurre con mucha lentitud. Cada reacción química tiene una velocidad determinada para que se lleve a cabo, que depende del número de colisiones o choques que existan entre los átomos por unidad de tiempo. Existen factores que influyen para que una reacción se lleve a cabo con mayor rapidez, ellos son: la concentración de los reactivos, La temperatura, el estado de división de los reactantes y la presencia de catalizadores.

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Concentración de los reactivos: Al aumentar la concentración de los reactivos, aumenta el número de partículas de éstos por unidad de volumen, por lo tanto habrá mayor número de choques por unidad de volumen, lo que supone mayor probabilidad de choques eficaces y mayor velocidad de reacción.

Alta concentración: Mayor probabilidad de choques eficaces.

Baja concentración: Menor probabilidad de choques eficaces.

Temperatura: Te has fijado que si la comida no se refrigera, se descompone mucho más rápido porque fuera del refrigerador tiene una temperatura mayor que ayuda a que la descomposición se efectúe con mayor rapidez , esto se debe a que al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad del movimiento de las partículas y por lo tanto aumenta las probabilidades de choques eficaces, aumentando en general la velocidad de la reacción

Estado de división de los reactantes: Para que una reacción ocurra, los reactivos deben entrar en contacto, si la reacción es con un sólido, se efectúa más rápido si el sólido está finamente dividido (con lo cual aumenta la superficie de contacto). Un ejemplo que ilustra el estado de división es cuando quemamos madera, la reacción se dará más rápida si la madera es cortada en pequeñas astillas en lugar de colocar un gran trozo de madera

Catalizadores: Los catalizadores son sustancias que modifican la velocidad de una reacción, generalmente la aceleran, estas sustancias se recuperan al final de la reacción. Las enzimas son catalizadores de las reacciones del metabolismo

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Autoevaluación Preguntas

1. Anota en el paréntesis, que tipo de enlace se forma: • Se forma al unirse un metal con un no metal ( • Se presenta en moléculas como O2, N2 ( • Se forma cuando se unen dos no metales ( • Se forma cuando se unen elementos que tienen una gran diferencia en sus electronegativiades (

) ) ) )

2. Escribe las ecuaciones de las siguientes reacciones: a) Reacción entre el hierro y el oxígeno para formar óxido de hierro II b) Descomposición del carbonato de calcio para producir óxido de calcio y dióxido de carbono. c) Reacción entre el carbono y el oxígeno para formar el dióxido de carbono 3. Un compuesto que sólo contiene dos elementos se llama:

4. Un compuesto que lleve en su fórmula en grupo OH se llama:

5. Un compuesto que lleve en su fórmula, al inicio el elemento H se llama:

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6. Escriba la fórmula de cada uno de los siguientes compuestos binarios: • Bromuro de sodio • Cloruro de rubidio • Óxido de sodio • Óxido de magnesio

7. Cuál es la diferencia entre reacción y ecuación química

8. Contesta las preguntas siguientes relacionadas con la siguiente ecuación:

∆

CaCO3

CaO

+

CO2

• Cuáles son los reactantes • Cuáles son los productos • Qué significado tienen los símbolos

9. Clasifica las ecuaciones siguientes como de combinación, descomposición, sustitución, doble desplazamiento. a) b) c) d)

HCl CaO 2KClO3 Zn

+ + +

NaOH H2O 2KCl + O2 2HCl

NaCl Ca(OH)2

+

H2O

ZnCl2

+

H2

10. Balancea las siguientes reacciones, aplicando la ley de la con servación de la materia. a) P + b) Ca(OH)2

Cl2 + H2CO3

PCl 5 CaCO3 +

H2O

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Respuestas a la autoevaluación

1.- a) iónico b)covalente no polar c) covalente d) iónico 2. a) 4Fe + 3 O2 b) CaCO3 c) C + O2

2 Fe2O3 CaO + CO2 CO2

3. Compuesto binario 4. Base o hidróxido 5. Ácido 6. a) NaBr b) RbCl c) Na2O d) MgO 7. La ecuación química es una reacción química balanceada. 8. a) CaO y CO2 b) CaCO3 c) ∆ Calor,

produce

9. a) doble desplazamiento b) combinación c) descomposición d) sustitución 10. a) 2 P

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+

5 Cl2

b) Ca(OH)2 +

H2CO3

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2PCl5 CaCO3 + 2 H2O

Glosario ❚ Enlace: fuerza que mantiene unidos dos átomos que se combinan en la formación de un compuesto.

❚ Catión: ión positivo ❚ Base: sustancia que produce iones hidróxilo en solución

❚ Lípidos: sustancias insolubles en agua, que pueden extraerse de las células mediante disolvente orgánicos

❚ Acido: sustancia que produce iones hidrógeno en solución.

❚ Bioquímica: estudio de la química de los sistemas vivos.

❚ Química orgánica: Estudio de los compuestos que contienen carbono.

❚ Alcano: hidrocarburo con la fórmula general CnH2n+2

❚ Ecuación química: representación de una reacción química en la que se indican las cantidades de reactantes y productos

❚ Reactivo: sustancia inicial en una reacción química

❚ Anión: ión negativo

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