Índice

CAPÍTULO 1: TEORÍA ATÓMICA

1. Historia de la química1.1 Teoría atómica1.1.1 Teoría atómica de Dalton1.1.2 Modelo atómico de Thomson1.1.3 Modelo atómico de Rutherford1.1.4 Modelo atómico de Bohr1.1.5 Modelo mecánico cuánt ico

2. Términos en teoría atómica2.1 Número atómico (Z)2.2 Número másico (A)2.3 Número de neutrones (n°)2.4 Elemento químico2.5 Unidad másica atómica (UMA)2.6 Carga eléctrica2.7 Carga nuclear

3. Tipos de átomos3.1 Isótopos3.2 Isóbaros3.3 Isótonos

4. Números cuánticos4.1 Número cuánt ico principal (n)4.2 Número cuánt ico secundario ()4.3 Número cuánt ico magnét ico (m)4.4 Número cuánt ico de spin (s)

5. Configuración electrónica5.1 Realización de una configuración electrónica5.2 Formación de iones

6. Propiedades periódicas6.1 Radio atómico6.2 Volumen atómico6.3 Potencial de ionización6.4 Electroafinidad6.5 Electronegat ividad

7. Propiedades macroscópicas de la materia7.1 Punto de ebullición7.2 Punto de fusión

8. Tabla periódica de elementos8.1 Períodos8.2 Grupos

9. Enlace químico9.1 Determinación de electrones de valencia9.2 Tipos de enlace9.2.1 Enlace iónico9.2.2 Enlace covalente9.2.3 Enlace metálico9.3 Geometría molecular

CAPÍTULO 2: NOMENCLATURA INORGÁNICA

1. Nomenclatura inorgánica1.1 Estado de oxidación (EDO)1.1.1 Estados de oxidación posit ivos1.1.2 Estados de oxidación negat ivos

2. Determinación de los estados de oxidación en compuestos2.1 Iones posit ivos o cat iones2.2 Iones negat ivos o aniones

3. Compuestos binarios3.1 Compuestos oxigenados3.1.1 Óxido básico3.1.2 Anhídridos u óxidos ácidos3.1.3 Peróxidos3.2 Compuestos hidrogenados3.2.1 Hidruros3.2.2 Hidrácidos3.3 Sales binarias

4. Compuestos ternarios4.1 Hidróxidos4.2 Oxácidos4.3 Sales ternarias

5. Mineralogía5.1 Rocas5.2 Mineral5.2.1 Propiedades de los minerales5.3 Clasificación de los minerales5.3.1 Elementos nat ivos5.3.2 Sulfuros5.3.3 Halogenuros5.3.4 Óxidos5.3.5 Carbonatos5.3.6 Nit ratos, fosfatos y sulfatos5.3.7 Silicatos

CAPÍTULO 3: ESTEQUIOMETRÍA

1. Estequiometría1.1 Ley de la conservación de la masa (ley de Lavoisier)1.2 Ley de proporciones definidas (ley de Proust)1.3 Ley de las proporciones múlt iples (ley de Dalton)1.4 Ley de las proporciones recíprocas (ley de Richter)

2. Términos de estequiometría2.1 Unidad de masa atómica (uma)2.2 Mol (n)2.3 Constante de Avogadro2.4 Masa molar (MM)2.5 Relación entre masa molar y la constante de Avogadro

3. Ecuaciones químicas4. Relaciones estequiométricas5. Composición porcentual6. React ivo límite7. Leyes fundamentales de los gases

7.1 Variables de los gases7.1.1 Temperatura7.1.2 Presión7.1.3 Volumen7.2 Ley de los gases7.2.1 Ley de Avogadro7.2.2 Ley de Boyle y Mariot te7.2.3 Ley de Charles7.2.4 Ley de Gay - Lussâc7.2.5 Ley combinada de los gases7.2.6 Ecuación de gases ideales

CAPÍTULO 4: DISOLUCIONES

1. Disoluciones1.1. Característ icas de las disoluciones1.1.1 Clasificación de las disoluciones según la polaridad del disolvente1.1.2 Clasificación de las disoluciones según el número de componentes1.1.3 Clasificación de las disoluciones según la fase en la que se encuentra el disolvente1.2. Suspensiones1.3. Coloides

2. Expresiones en disoluciones2.1 Porcentaje masa masa (% m/m)2.2 Porcentaje masa volumen (% m/v)2.3 Porcentaje volumen volumen (% v/v)2.4 Molaridad (M)2.5 Molalidad (m)2.6 Partes por millón (ppm)2.7 Fracción molar (Xn)

3. Relaciones entre las expresiones que informan sobre una disolución3.1 Molaridad en función de porcentaje masa masa3.2 Molalidad en función de porcentaje masa masa3.3 Porcentaje masa volumen en función de porcentaje masa masa

4. Mezclas y diluciones4.1 Mezclas4.2 Dilución de una disolución

5. Solubilidad6. Factores de solubilidad

6.1 Temperatura6.2 Naturaleza química6.3 Presión

7. Característ icas de las disoluciones en solubilidad7.1 Disolución total7.2 Disolución parcial

7.3 Disolución no total7.4 Reglas de solubilidad

8. Propiedades coligat ivas8.1 Presión de vapor (tonoscopía)8.2 Punto de ebullición (ebulloscopía)8.3 Punto de congelación (crioscopía)8.4 Presión osmót ica (osmometría)

CAPÍTULO 5: QUÍMICA AMBIENTAL

1. Flujo de materia y energía en el ecosistema1.1 Ciclos de los nutrientes1.1.1 Ciclo del agua1.1.2 Ciclo del carbono1.1.3 Ciclo del nit rógeno1.1.4 Ciclo del fósforo

2. Contaminación ambiental2.1 Aire2.1.1 Componentes del aire2.1.2 Contaminantes del aire2.1.3 Contaminación del aire

3. Agua3.1 Estructura molecular del agua3.2 Propiedades del agua3.2.1 Densidad3.2.2 Tensión superficial3.2.3 Calor específico3.3 Tipos de contaminación3.3.1 Aguas duras3.3.2 Eutrofización3.4 Potabilización del agua

4. Suelo4.1 Componentes del suelo4.2 Estructura y t ipos de suelo4.3 Degradación de suelos4.3.1 Erosión eólica4.3.2 Erosión marina4.3.3 Erosión pluvial y fluvial4.3.4 Erosión glacial4.3.5 Erosión antrópica4.4 Conservación de suelos4.4.1 Cult ivos en terrazas4.4.2 Franjeado4.4.3 Cult ivo en contorno4.4.4 Rotación de cult ivos4.4.5 Agrosilvicultura4.4.6 Reforestación

CAPÍTULO 6: PROCESOS QUÍMICOS INDUSTRIALES

1. La industria química2. Procesos industriales químicos involucrados en el desarrollo económico

2.1 Fabricación de vidrio2.2 Fabricación del papel2.2.1 Reciclaje del papel2.3 Metalurgia del cobre2.3.1 Propiedades y aleaciones del cobre2.3.2 Proceso de producción del cobre2.4 Salit re2.5 Carbonato de lit io

3. Conservación de los recursos energét icos de la t ierraCAPÍTULO 7: QUÍMICA ORGÁNICA

1. Fuentes naturales de obtención del carbono1.1 Carbono elemental1.2 Petróleo1.2.1 Refinación del petróleo1.3 Gas natural1.4 Productos vegetales y animales

2. Propiedades químicas del carbono3. Compuestos inorgánicos del carbono4. Compuestos orgánicos del carbono

4.1 Los hidrocarburos4.1.1 Hidrocarburos alifát icos4.1.2 Nomenclatura de algunos hidrocarburos alifát icos4.1.3 Propiedades y usos de los hidrocarburos alifát icos4.2 Hidrocarburos alicíclicos4.3 Hidrocarburos aromát icos4.3.1 Benceno4.3.2 Usos y característ icas de los compuestos aromát icos

5. Serie homóloga6. Isomería

6.1 Isomería estructural6.2 Estereoisomería

7. Funciones orgánicas8. Macromoléculas

8.1 Hidratos de carbono (azúcares)8.2 Lípidos8.3 Proteínas8.4 Ácidos nucleicos

9. Uso actual de los compuestos orgánicos10. Producción de bebidas alcohólicasCAPÍTULO 8: ÁCIDO BASE

1. Conceptos y característ icas de ácidos y bases2. Característ icas químicas de ácidos y bases

2.1. Ácidos2.2. Bases

3. Medida de la acidez y basicidad3.1 Relación entre pH y pOH3.2 Indicadores3.3 Disoluciones buffer3.4 Neutralización

CAPÍTULO 9: MATERIALES DE USO COTIDIANO

1. Materiales1.1 Cerámicos1.2 Plást icos1.3 Caucho

GLOSARIO

BIBLIOGRAFÍA

CAPÍTULO 1: TEORÍA ATÓMICA

La Química Moderna se inicia con Lavoisier. Él postuló que “en la naturaleza nada se pierde nise destruye, sólo se t ransforma”. Este hecho, hasta el día de hoy, es válido. Por ejemplo,citemos que las leyes que se pueden asociar a la estequiometría t ienen su nacimiento en esteperíodo, descubrimientos de nuevos compuestos, etc.

Aprendizajes esperados• Teoría atómica• Describir los dist intos modelos atómicos.• Definir términos usados en teoría atómica.• Reconocer y ut ilizar los números cuánt icos.• Aplicar propiedades periódicas.• Reconocer los diferentes t ipos de enlace químico.• Reconocer la geometría molecular de algunos compuestos.

1. Historia de la química

Con el fin de establecer una evolución de la química, en este capítulo se pretenderá darun resumen histórico, destacando los hechos más significat ivos ocurridos en esta ciencia.

Si nos remontamos a la época antes de Cristo, se sabe que en China ya exist íanprocedimientos químicos tales como la fabricación de ladrillos, de cerámica y la extracción deciertos metales. En Egipto se realizaban observaciones experimentales que se tradujeron enobtener aleaciones de los metales y la creación de una técnica para embalsamar cadáveres.

Los griegos también hacen su aporte a esta ciencia experimental. Establecen que lanaturaleza estaba compuesta por cuatro elementos: agua, t ierra, fuego y aire, más un quintoelemento denominado éter. Todo estaba const ituido por estos elementos. Fue Demócritoquien postuló que “al tomar una porción de la naturaleza e ir dividiéndola llegaré a una parteque no podrá ser dividida, a esa porción le llamaré átomo, es decir, sin división”.

Vemos que Demócrito es el creador del término átomo. Sin embargo, Aristóteles cuest ionalo postulado por Demócrito y establece que la naturaleza está compuesta por cuatro esencias:caliente, frío húmedo y seco, y otro componente, la quintaesencia, aumentando así , laconfusión en torno a la formación de la naturaleza.

Después de Cristo, aparecen etapas más destacables para esta ciencia. Así, la era de laalquimia se caracterizó por dos hechos fundamentales: t ransformar cualquier t ipo de metal enoro y, encontrar la inmortalidad a t ravés de la búsqueda de la piedra filosofal y el elixir de lavida. Como sabemos, ambos sucesos no fueron logrados, sin embargo, permit ieron obtenergrandes avances en los t rabajos de laboratorio y en la obtención de nuevos compuestos.

La siguiente etapa es la Iatroquímica, en la que se buscan y crean medicamentos paramantener la salud de las personas o bien, para la curación de ciertas enfermedades. De estaetapa proviene la actual carrera denominada química y farmacia.

A cont inuación, aparece la etapa de la química neumática, la que se dedicóprincipalmente al estudio de los gases, formulando las leyes que los rigen. Así , el proceso decombust ión fue explicado a t ravés de la teoría del Flogisto, la que postulaba que “todocompuesto, al combust ionarse, perdía flogisto o parte de su masa, quedando los respect ivosresiduos de cenizas”. Sin embargo, la práct ica experimental demostró que tal suceso no podíaocurrir.

La química moderna se inicia con Lavoisier, quien postuló que “en la naturaleza nada sepierde ni se destruye, sólo se t ransforma”, hecho considerado válido hasta los días de hoy. Aeste periodo también se asocian las leyes de la estequiometría, los inicios de la nomenclaturaorgánica e inorgánica, los descubrimientos de nuevos compuestos, etc.

Luego de esta etapa, la química comienza un desarrollo importantísimo. y, gracias a lascontribuciones de la física, se logra impulsar su expansión a otras áreas de las ciencias.

Las invest igaciones y experimentos apuntan a estudiar las característ icas y estructuradel átomo. En esta época, Mendeléev crea el actual Sistema Periódico de los elementosquímicos, ordenando los átomos de acuerdo a sus característ icas similares. Dalton yThomson comienzan la creación de modelos atómicos con el fin de establecer las part ículasconst ituyentes de un átomo.

Por otra parte, se realizan numerosos estudios acerca de la radioact ividad, los rayos X, laconducción eléctrica y los fenómenos nucleares.

Por últ imo, dentro de las ramas que conforman la química actual, se encuentran laquímica general, la química inorgánica, la química orgánica, la química analí t ica, lafísicoquímica y la bioquímica. Todas ellas y su constante comunicación, hacen de esta cienciauna forma de avanzar día a día para una mejor relación de los seres vivos y la naturaleza.

1.1 Teoría atómica

1.1.1 Teoría atómica de Dalton

John Dalton presenta una teoría atómica con el que se inicia el estudio del átomo. Lopropone entre los años 1803 y 1808.

Su esquema es bastante simple, enunciado por t res postulados:

1. Cada elemento químico se compone de part ículas muy pequeñas e indivisiblesllamadas átomos. En todos los procesos químicos, el número de átomos de cadaelemento, permanece constante.

2. Todos los átomos de un elemento dado t ienen masa y propiedades iguales, pero sondist intos de los átomos de todos los demás elementos.

3. En los compuestos químicos, los átomos de elementos diferentes están unidos entre síen proporciones numéricas simples.

Como se dijo, esta teoría ayuda a explicar lo que es el átomo. Sin embargo, no fue capazde explicar una serie de hechos experimentales que hacía intuir la naturaleza eléctrica delátomo, tales como:

- La conducción eléctrica a t ravés de disoluciones y gases.

- Descubrimientos de los rayos X.

- Los fenómenos de radiact ividad.

Debido a esto, es necesario idear un modelo para explicar al átomo.

1.1.2 Modelo atómico de Thomson

J. J. Thomson (1856-1940) enuncia su modelo en 1897. En sus estudios experimentales,usó los tubos de descarga. Éstos estaban compuestos por un tubo de vidrio al vacío(ausencia de aire), y por dos electrodos metálicos: un ánodo (parte posit iva) y un cátodo (partenegat iva), los cuales estaban conectados a una fuente de poder. Al accionar dicho tubo dedescarga, se producía un haz de luz y se observó que emergían del cátodo al ánodo. Por ellose los baut izó como Rayos Catódicos. Los tubos de descarga fueron una idea del invest igadorRobert Crookes.

Cuando Thomson colocó una cruz de malta dentro del tubo y observó que se producíasombra, dedujo que el haz de luz estaba formado por part ículas. A su vez, somet ió dicho haz aun campo magnét ico y uno eléctrico donde notó que sufría desviación al polo posit ivo. Por lotanto, su carga eléctrica era negat iva. Así, denominó electrón a aquella part ícula.

A su vez, con otros experimentos logra determinar la relación carga masa del electrón,siendo ésta:

1.76 x 108 C g-1

En donde C, representa la unidad de carga coulomb y g, la unidad de masa gramos.

Luego, enunció su modelo: “el átomo es una esfera de carga posit iva en donde loselectrones estarían incrustados, y que pueden ser extraídos”. Este modelo se conoce como el“budín de pasas”.

En 1908, R. A. Millikan (1868-1953), luego de varios t rabajos experimentales, logradeterminar la carga del electrón en:

1.6 x 10-19 C

Como se conocía la relación carga masa del electrón y el valor de la carga, fue fácilcalcular la masa del electrón, resultando ésta igual a:

9.11 x 10-28 g

Por otra parte, el físico Eugen Goldstein (1850-1930), haciendo una modificación al cátododel tubo de descarga, logra observar un haz de luz que, frente a campos eléctricos ymagnét icos, sufrían desviación al polo negat ivo, por lo tanto, presentaban carga posit iva.Estos rayos viajaban en forma opuesta a los rayos catódicos. Y venían de los orificios ocanales del cátodo, mot ivo por el cual fueron baut izados como Rayos Canales.

1.1.3 Modelo atómico de Rutherford

Lord Ernest Rutherford (1871-1940) logra, a t ravés de estudios experimentales, descubrircuál era esa part ícula posit iva. Para destacar este hecho la llama protón (el primero). Su masaera 1.836 veces la del electrón, por lo tanto, su valor es: 1.67 x 10-24 g

Con este suceso, Rutherford inicia su estudio del átomo, ocupando para ello part ículasalfa. Dichas part ículas fueron proyectadas sobre láminas muy delgadas de metales (oro, plata,magnesio, etc.) y en torno a esta placa, se colocaron otras, cubiertas con sulfuro de zinc.

Al revisar sus observaciones se lee: “de todas las part ículas alfas proyectadas, la granmayoría pasó sin problemas, pero otras sufrieron desviación”. Debido a esto, Rutherford sugirióque el átomo ya no era una estructura compacta. Comprobó que la mayor parte de la masa delátomo estaba al centro, al que llamó núcleo. Éste estaba formado por protones y a sualrededor, se encontraban girando los electrones separados por una distancia tal, que laspart ículas alfa pasaban sin problemas.

Presenta sus estudios en 1911. En 1908 recibe el premio Nobel de Química. El modeloatómico de Rutherford también es conocido como el modelo planetario, debido a su semejanzacon el sistema solar.

Rutherford supone la existencia de otra part ícula en el núcleo pero no lo demuestra.Quien sí comprueba tal supuesto es Sir James Chadwick (1891-1974). Él ocupa la llamadacámara de niebla para realizar sus experimentos, y en la reproducción de ellos, observa queuna part ícula retrocedía. Ésta resultó tener carga eléctrica cero y poseer una masa igual a ladel protón. Dicho descubrimiento ocurre en el año 1932 y en 1935 recibe el premio Nobel deFísica.

Con ello se demuestra que el átomo no es la part ícula más pequeña sino que dentro deella hay otras aún más pequeñas, las cuales nuevamente agrupadas dan origen al átomo. Elátomo entonces está compuesto por protones, neutrones y electrones.

Veamos a cont inuación el próximo modelo que pretende aportar otras explicaciones nocontestadas por Rutherford.

1.1.4 Modelo atómico de Bohr

El modelo de Rutherford dist ingue un núcleo, formado por protones y neutrones y unaenvoltura que son los electrones. Sin embargo, este modelo no da información de cómo sedistribuyen los electrones ni explica el hecho de que los átomos emitan o reciban energía.

Fue Niels Bohr (1885 - 1962) quien propone una mejora al modelo de Rutherford. Élargumentó lo siguiente: “dado que estamos en presencia de partículas, las cualespresentan carga eléctrica, necesariamente debe producirse una atracción entre ellas”.Por lo tanto, el núcleo ejercerá atracción sobre el electrón, a tal punto de que el electrónempezará a proyectarse rápidamente al núcleo con la consecuencia de destruirlo. Esto nopodía ser. El átomo es eterno, eso estaba claro.

Ocupando los planteamientos de la física clásica, Bohr inicia la argumentación parajust ificar que el núcleo y el electrón no se atrajeran.

Supuso que exist ía una relación entre la fuerza centrípeta y la fuerza eléctrica deatracción. Además, manifestó que la energía total del sistema era igual a la suma de laenergía potencial y la energía cinét ica. Después de un desarrollo matemático (que no esnecesario detallar), concluyó los siguientes aspectos:

1. Existen niveles de energía permit idos, que van desde n igual a uno hasta infinito.

2. Hay órbitas estacionarias en la cuales se mueve el electrón. No se manifiesta energíaen estas órbitas.

3. El electrón podrá saltar de un nivel a otro de energía, sólo si se le entrega un cuantumde energía, expresado en valores enteros y no en fracciones.

4. Cuando el electrón pasa de un nivel menor a uno mayor de energía, ese proceso sellama absorción. Si va de uno mayor a uno menor, se llama emisión.

5. Para que ocurra ese salto entre los niveles se deberá procurar una frecuencia tal queconcuerde con dicha diferencia energét ica.

Con sus estudios, Bohr propuso tres expresiones con las cuales se puede calcular laenergía para cada nivel, el radio de cada órbita y la velocidad del electrón en dicha órbita.Estas expresiones dan cuenta de los valores que se obt ienen en cada nivel. Su propuesta sebasó en el átomo de Hidrógeno.

La gran desventaja del modelo atómico de Bohr fue que no pudo ser aplicado a los demásátomos, puesto que seguía asumiendo un átomo plano, el cual, necesariamente debía tenervolumen.1.1.5 Modelo mecánico cuántico

El Modelo Mecánico Cuánt ico es la explicación actual sobre el comportamiento del átomo.Fue desarrollado entre los años 1924 y 1927 por varios cientí ficos. Comenzando con Louis deBroglie, quien intuyó que los electrones deberían tener el comportamiento de una onda. Estofue demostrado en 1927. Esta part icular conducta de los electrones implica la imposibilidad dedeterminar simultáneamente y con igual exact itud la posición y la velocidad de éstos, puespara conocerlas se debe interactuar con esta part ícula. Este postulado se conoce con elnombre de Principio de Incert idumbre y fue enunciado, en 1927, por Werner Heisenberg.

Dado que el electrón es una part ícula que presenta propiedades de onda, su movimientopudo ser descrito por medio de una ecuación de onda. Erwin Schrödinger, en 1926, empleó las

ideas de Broglie para llegar a la ecuación de onda que podría aplicarse al átomo de hidrógeno.La resolución de la ecuación de Schrödinger difiere de las ecuaciones simples, puesto que

es una ecuación diferencial. Una de las característ icas de éstas, es el gran número desoluciones posibles.

Los resultados obtenidos para el átomo de hidrógeno se pudieron extender con éxito alresto de los elementos del sistema periódico.

2. Términos en teoría atómica

Como se sabe, ya se estableció que los const ituyentes del átomo son: protones,neutrones y electrones. Ahora bien, al relacionarlos surgen conceptos que es de interésconocer.

2.1 Número atómico (Z)

Z = p+

Corresponde al número de protones que posee el núcleo de un átomo y es lo queident ifica a un elemento. En un átomo neutro, la cant idad de protones es igual a la cant idadde electrones, es decir, cuando se menciona que el átomo de sodio (Na) t iene un númeroatómico 11, implica que en el núcleo de ese átomo existen 11 protones y, consecuentemente,11 electrones en la electrósfera.

3Li 11Na 26Fe

2.2 Número másico (A)

A = p+ + n°

El número másico es la suma de protones y neutrones que existen en un átomo. En élse expresa la composición nuclear que determina el peso atómico.

C12 K39 Xe54

2.3 Número de neutrones (n°)

n° = A - Z

Corresponde a part ículas sin carga eléctrica, con masa similar al protón. Se calcula con ladiferencia del número másico y el número atómico.

2.4 Elemento químico

Es el conjunto de todos los átomos con el mismo número atómico (Z), siendo la notacióngeneral de un átomo la siguiente:

2.5 Unidad másica atómica (UMA)

Los átomos son tan pequeños, que no se puede cuant ificar su masa individual. Sinembargo, mediante métodos experimentales se puede determinar la masa de un átomo enrelación con la de otro. Para ello, se debe asignar un valor a la masa de un átomo de unelemento determinado de tal manera que pueda ser usada como patrón.

Se ha establecido que el C12 uno de los isótopos del elemento carbono, t ieneexactamente un peso de 12 unidades de masa atómica. Entonces, tomando como patróneste isótopo, la unidad másica atómica (uma) es igual a 1/12 de la masa del C12

2.6 Carga eléctrica

a. Átomo negativo

Átomo cuyo número de electrones es mayor respecto al número de protones. También sellama Anión.

e- > p+

b. Átomo neutro

Átomo cuyo número de protones es igual al número de electrones y se refiere a un átomoen su estado natural.

e- = p+

c. Átomo posit ivo

Átomo cuyo número de electrones es menor en comparación al número de protones.También se llama Cat ión.

e- < p+

2.7 Carga nuclear

Es la carga que presenta el núcleo. Su valor se lo entregan los protones, dado que losneutrones son eléctricamente neutros.

Un átomo X , que posee m cargas posit ivas, se representa por

Un átomo X, que posee n cargas negat ivas, se representa por

A, Z, m y n son números enteros

A= Número másicoZ= Número atómico

Ejemplo 1

El átomo de sodio t iene 11 protones, 11 electrones y 12 neutrones. Como hay igualnúmero de protones y electrones es neutro. Su carga nuclear es + 11.

Ejemplo 2

El ión de aluminio t iene 13 protones, 10 electrones y 14 neutrones. Como hay mayornúmero de protones que electrones es posit ivo (o cat ión). Su carga nuclear es + 13.

Ejemplo 3

El ión de oxígeno t iene 8 protones, 10 electrones y 8 neutrones. Como hay mayor númerode electrones que protones es negat ivo (o anión). Su carga nuclear es + 8.

3. Tipos de átomos

3.1 Isótopos

Son aquellos átomos que presentan igual número atómico, pero dist into número másico.Se establece en átomos de un mismo elemento.

Ejemplo

El oxígeno t iene tres isótopos (t iene igual Z, dist into A).

3.2 Isóbaros

Son aquellos átomos que presentan igual número másico y dist into número atómico.

Ejemplo

Son átomos dist intos, pero t ienen igual A y diferente Z.

3.3 Isótonos

Son átomos que presentan dist into número másico, dist into número atómico, pero t ienenigual número de neutrones.

Ejemplo

Tienen en común el mismo número de neutrones que es 6.

4. Números cuánticos

Los números cuánt icos surgen del modelo mecánico cuánt ico. Ellos se encargan dedescribir al electrón dentro del átomo. Veamos, entonces, cada número cuánt ico y suscaracteríst icas.

4.1 Número cuántico principal (n)

Es el primer número cuánt ico y se simboliza por n. Indica el nivel de energía dentro delátomo. Su valor se expresa como números enteros posit ivos que varían entre 1 e infinito.

4.2 Número cuántico secundario ( )

Es el segundo número cuánt ico y se simboliza por Informa de los orbitales que estánpresentes en cada nivel energét ico. Su valor varía desde cero hasta (n - 1)

Un orbital es la región donde hay mayor probabilidad de encontrar al electrón en dichonivel energét ico. Los orbitales t ienen representación gráfica a t ravés de coordenadas polares yfunciones trigonométricas. Se usan los ejes x, y, z para reafirmar que representan unadistribución espacial.

Los orbitales se dan a conocer por letras, de acuerdo al siguiente cuadro.

Si el valor de aumenta, la letra sigue el orden alfabét ico sin repet ir s ni p, dado que yaestán seleccionadas.

Con respecto al número de electrones que puede estar en cada orbital, estará informadopor la siguiente expresión:

Los orbitales t ipo s, presentan un máximo de 2 ; los t ipo p, un máximo de 6; los t ipo d,un máximo de 10, etc. La totalidad de orbitales disponibles para albergar tal número de

electrones estará dada por la expresión: (2 · + 1)

Es decir, habrá un solo orbital s, 3 orbitales t ipo p, 5 orbitales t ipo d, 7 orbitales t ipo f, etc.Sin embargo, cada orbital (uno solo) tendrá un máximo de dos electrones.

4.3 Número cuántico magnético (m)

Es el tercer número cuánt ico y se simboliza por m. Indica la orientación espacial de unorbital. Su valor es:

4.4 Número cuántico de spin (s)

Es el cuarto y últ imo número cuánt ico, se simboliza por s. Informa el sent ido del giro delelectrón en un orbital. Su valor es:

En resumen, un electrón puede ser representado simbólicamente por:

En conclusión, podemos decir que un electrón es localizado por sus cuatro númeroscuánt icos, de la misma manera que una persona es localizada por su dirección, es decir:nombre de la calle, número del edificio, piso y número de apartamento.

5. Configuración electrónica

La configuración electrónica es la distribución de los electrones dentro del átomo, segúnprincipios que la regulan.

Los principios que la rigen son:

a. Principio de exclusión de Pauli

“No puede haber dos electrones con los mismos números cuánticos”.

b. Principio de constitución o de mínima energía

“Los electrones irán ocupando los niveles de más baja energía en forma creciente”.

c. Principio máxima mult iplicidad de Hund

“Deberán existir el mayor número de electrones desapareados posibles”.

Este últ imo principio t iene su aplicación directa en los orbitales t ipo p, d, f, etc., dado queson más de dos. Cada electrón t iene cuatro números cuánt icos y se puede establecer, dentrode la configuración electrónica, los valores de cada electrón, esto es, se puede calcular alprimero como al últ imo electrón, etc. Con respecto a la asignación del signo en los orbitales p,d, f, etc., de acuerdo al número cuánt ico magnét ico m, debemos hacer notar que es unaasignación arbit raria y en este texto se establecerá que los valores de la izquierda seránnegat ivos y los de la derecha, posit ivos. En el siguiente esquema se muestran los signos paracada orbital:

Para el número cuánt ico de spin (s), el signo para el primer electrón que entra será posit ivoy para el segundo electrón, negat ivo. De esta forma serán todas las interrogantes que seformulen al respecto y los comentarios respect ivos.

5.1 Realización de una configuración electrónica

Ejemplo: Realizar la configuración electrónica del sodio, 11Na.

Como el átomo no presenta signo + ó –, se asume que es neutro, por lo tanto, el númerode electrones por distribuir es igual al número de protones, esto es, 11 electrones. Loselectrones se irán distribuyendo desde el nivel más bajo de energía y así sucesivamente hastaalojar al últ imo. De acuerdo con el sent ido de giro, el primer electrón que entre a cada orbitaltendrá signo posit ivo y luego entrará el otro (signo negat ivo). A cont inuación, el ordenenergét ico de cada orbital

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f < 6d <7p < 8s

El primer y segundo electrón entra en el orbital 1s y se anota: 1s2 El tercer y cuarto electrón entran en el orbital 2s y se anota: 2s2

El quinto, sexto y sépt imo electrón entra en el orbital 2p y como son tres, cada electrónocupa uno cada uno y se anota: 2p1

x 2p1y 2p1

z o 2p3

El octavo, noveno y décimo electrón entra en el orbital 2p y van ocupando el espacio quedejan los que ya están y se anota: 2p2

x 2p2y 2p2

z o 2p6 en total

dejan los que ya están y se anota: 2p 2p 2p o 2p en total

El undécimo y últ imo electrón entran en el orbital 3s y se anota: 3s1

Por lo tanto, tenemos: 1s2 2s2 2p2x 2p2

y 2p2z 3s1

Ahora bien, como el orbital t ipo p está completo para el número de electrones que puedealbergar, se puede anotar como:

1s2 2s2 2p6 3s1

Visto de otra manera:

En donde la flecha indica el electrón con spin +1/2 (hacia arriba) y con spin –1/2 (haciaabajo). Recordemos que entra primero el electrón con spin +1/2 y luego el electrón que t ienespin –1/2.

Veamos otro ejemplo y realicemos la configuración electrónica para el 25Mn. Son 25electrones por distribuir.

el electrón 1 y 2 al 1s: 1s2

el electrón 3 y 4 al 2s: 2s2

el electrón 5, 6 y 7 al 2p: 2p1 2p1 2p1

el electrón 8, 9 y 10 al 2p: 2p2 2p2 2p2

el electrón 11 y 12 al 3s: 3s2

el electrón 13, 14 y 15 al 3p: 3p1 3p1 3p1

el electrón 16, 17 y 18 al 3p: 3p2 3p2 3p2

el electrón 19 y 20 al 4s: 4s2

el electrón 21 al 25 al 3d: 3d1 3d1 3d1 3d1 3d1

Por lo tanto, tenemos:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5

Excepción: Hay dos átomos que presentan una distribución especial de sus electrones,puesto que no cumplen con los principios de construcción. Teóricamente debiera ser unaconfiguración con una secuencia normal, pero experimentalmente se encuentra que no lo es.Estos átomos son: Cr y Cu. Realicemos la configuración para cada uno.

Comencemos con el Cr (Z=24). Los electrones 1 al 18 se distribuyen normalmente yanotamos:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Luego procede llenar los orbitales 4s y 3d, quedando:

4s2 3d4

Pero en realidad se establece como:

4s1 3d5

El 3d se hace más estable teniendo todos sus orbitales ocupados, siendo el 4s quienaporta ese electrón.

Veamos el Cu (Z = 29). Los electrones 1 al 18 se distribuyen normalmente y anotamos:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Luego los orbitales 4s y 3d, dando:

4s2 3d9

Cuando lo que se comprueba es: 4s1 3d10

5.2 Formación de iones

• Cat iones (iones posit ivos): En determinadas oportunidades los elementosmetálicos pueden perder fácilmente algunos de sus electrones de valencia del últ imo

nivel energét ico. Al perder uno o más , el átomo queda con un mayor número de

cargas posit ivas, dando origen a los cat iones. En este proceso, el cat ión consigue tenerla misma configuración electrónica que el gas noble más próximo, logrando así suestabilidad química (octeto).

• Aniones (iones negativos): Son producidos principalmente por los elementos nometálicos, los cuales t ienen tendencia a ganar electrones para llegar a tener laconfiguración electrónica del gas noble más cercano. El proceso de ganancia deelectrones deja al átomo con un exceso de cargas negat ivas, las cuales lo t ransforman enun anión o ión negat ivo.

6. Propiedades periódicas

Las propiedades periódicas que a cont inuación presentaremos son:

- Radio atómico- Volumen atómico- Potencial de ionización- Electroafinidad- Electronegat ividad

Estas propiedades van a caracterizar a los elementos que forman la tabla periódica yveremos su comportamiento en los grupos y períodos respect ivamente.

6.1 Radio atómico

Es la distancia que se establece entre el núcleo y el últ imo electrón del átomo. En la tablaperiódica varía de la siguiente manera:

• Grupos: aumenta de arriba hacia abajo, debido a que el átomo incrementa su valorde número atómico.

• Período: disminuye de izquierda a derecha, debido a que el núcleo se hace mayorcon el correspondiente aumento de la carga nuclear y por ello los electrones máscercanos se sienten más atraídos que los últ imos, reduciendo así su distancia y porconsiguiente el radio atómico.

6.2 Volumen atómico

Es el espacio que ocupa el átomo. Se hace el supuesto de que el átomo es una esfera yse aplica la fórmula de tal figura

Como el volumen es directamente proporcional al radio, debido a 4/3 π es constante,tendrá la misma variación en grupos y períodos que el radio atómico.

Con respecto al orden del volumen en átomos posit ivos (VAP), neutro (VAO) y negat ivo(VAN), encontraremos el mismo orden creciente.

Orden volumenVAP < VAO < VAN

6.3 Potencial de ionización

Es la energía necesaria para separar al últ imo electrón del átomo, el cual está débilmenteretenido. También se la denomina energía de ionización. En la tabla periódica varía de lasiguiente manera:

• Grupos: aumenta de abajo hacia arriba.• Períodos: aumenta de izquierda a derecha.

6.4 Electroafinidad

Es la energía liberada cuando se agrega un electrón al átomo. En la tabla periódica varíaen:

Grupos: aumenta de abajo hacia arriba.Períodos: aumenta de izquierda a derecha.

6.5 Electronegatividad

Es la capacidad para atraer un par de electrones de enlace. En la tabla periódica varía dela siguiente manera:

Grupos: aumenta de abajo hacia arriba.Períodos: aumenta de izquierda a derecha.

7. Propiedades macroscópicas de la materia

7.1 Punto de ebullición

El punto de ebullición es la temperatura a la que la presión de vapor de un líquido seiguala a la presión atmosférica existente sobre dicho líquido. A temperaturas inferiores alpunto de ebullición (p.e.), la evaporación t iene lugar únicamente en la superficie del líquido.Durante la ebullición se forma vapor en el interior del líquido, que sale a la superficie en formade burbujas, con el característ ico hervor tumultuoso de la ebullición. Cuando el líquido es unasustancia simple o una mezcla, cont inúa hirviendo mientras se le aporte calor, sin aumentar latemperatura; esto quiere decir que la ebullición se produce a una temperatura y presiónconstantes con independencia de la cant idad de calor aplicada al líquido.

Cuando se aumenta la presión sobre un líquido, el punto de ebullición aumenta. El agua,sometida a una presión de 1 atmósfera (760 mm Hg), hierve a 100 °C, pero a una presión de217 atmósferas el punto de ebullición alcanza su valor máximo a 374 °C. Por encima de estatemperatura, (la temperatura crí t ica del agua) el agua en estado líquido es idént ica al vaporsaturado.

Al reducir la presión sobre un líquido, baja el valor del punto de ebullición. A mayoresalturas, donde la presión es menor, el agua hierve por debajo de 100 °C. Si la presión sobre unamuestra de agua desciende a 0,05 atmósferas, la ebullición tendrá lugar a 0 °C.

Los puntos de ebullición varían dentro de un amplio margen de temperaturas. El punto deebullición más bajo es el del helio, -268,9 °C; el más alto es probablemente el del wolframio,unos 5.900 °C. Los puntos de ebullición varían de acuerdo a los dist intos elementos ycompuestos químicos, tomando como referencia una presión de 1 atmósfera.

7.2 Punto de fusión

Es la temperatura a la cual un sólido cambia a líquido. En las sustancias puras, el procesode fusión ocurre a una sola temperatura y el aumento de temperatura por la adición de calorse det iene hasta que la fusión es completa.

Los puntos de fusión se han medido a una presión de 1 atmósfera. Al fundirse, todas lassustancias absorben calor y la mayor parte de dilatan; en consecuencia, un aumento en lapresión normalmente eleva el punto de fusión.

Algunas sustancias, de las cuales el agua es el ejemplo más notable, se contraen alfundirse; así , al aplicar presión al hielo a 0 °C (32 F), se provoca su fusión. Para producircambios significat ivos en el punto de fusión se requieren grandes cambios en la presión.

En disoluciones de dos o más componentes el proceso de fusión ocurre normalmentedentro de un intervalo de temperaturas y se hace una dist inción entre el punto de fusión, latemperatura a la que aparece la primera traza de líquido y el punto de congelamiento, es decir,la temperatura más alta a la que desaparece la últ ima traza de sólido, o, en forma equivalente,si se está enfriando en vez de calentar, la temperatura a la que aparece la primera traza desólido.

Es interesante hacer notar que los elementos de menores puntos de fusión y ebulliciónson aquellos que se pueden presentar en estado líquido o gaseoso, en condicionesambientales. Con excepción del hidrógeno, dichos elementos están ubicados a la derecha dela tabla periódica

8. Tabla periódica de elementos

En el sistema periódico actual los elementos químicos se organizan según el ordencreciente de sus números atómicos. El número atómico es el mismo para todos los átomos deun elemento, independiente de que un elemento tenga varios isótopos. Los elementos de latabla se anotan con mayúscula cuando tengan un solo carácter, en cambio, cuando son doscaracteres la primera letra es mayúscula y la segunda minúscula.

K (Potasio) Mg (Magnesio)

8.1 Períodos

Las siete líneas horizontales que aparecen en la tabla periódica son denominadosperíodos, es importante notar que:

• En el sexto período la tercera cuadrícula encierra 15 elementos (del lantano a lutecio)que por comodidad, están indicados en una línea debajo de la tabla; comenzando con ellantano, esos elementos forman la llamada serie de los lantánidos.

• Analógicamente, en el sépt imo período, la tercera cuadrícula también encierra 15elementos químicos (del act inio hasta el laurencio), que están indicados en la segundalínea debajo de la tabla. Comenzando con el act inio, ellos forman la serie de losact ínidos.

• Se debe señalar que todos los elementos situados después del uranio (U–92) noexisten en la naturaleza, debiendo ser sintet izados art ificialmente. Ellos son denominadoselementos transuránicos. Aparte de estos elementos, son también art ificiales el tecnecio(Tc–43), promecio (Pm–61) y astato (As–85).

8.2 Grupos

Es un ordenamiento vert ical de los elementos en la tabla periódica, de acuerdo apropiedades químicas semejantes. La numeración tradicional de las dieciocho columnas es I A,II A, III A, IV A, etc, como vemos en la tabla periódica de más arriba. Actualmente, la IUPAC(Internacional Union of Pure and Applied Chemistry – Unión Internacional de Química Pura yAplicada) recomienda la numeración sucesiva, es decir: 1, 2, 3, 4, 5,........

Es importante considerar lo siguiente:

• El hidrógeno (H), a pesar de aparecer en el grupo IA (1), no es un metal alcalino. Alcontrario, el hidrógeno es tan diferente de los demás elementos químicos que algunasclasificaciones prefieren colocarlo fuera de la tabla.

• Los grupos A son los más importantes de la tabla, sus elementos son denominadosrepresentat ivos.

• Los elementos de los grupos III B, IV B, V B, VI B, VII B, VIII B, I B y II B const ituyen losllamados elementos de transición. Note que el grupo VIII B es un grupo triple.

• Otra separación importante que podemos hacer en la tabla periódica es aquella en laque dividimos los elementos en metales, no metales y gases nobles.

a. Elementos representat ivos

Corresponden a los grupos A de la tabla periódica. No cumplen con la regla del octeto, esdecir, su últ imo nivel de energía no alcanza a tener 8 electrones. Así por ejemplo, los átomosde los elementos representat ivos pertenecientes al grupo III A, como el Aluminio (Al), t ienen 3e- de valencia en su últ ima capa, es decir, presentan incompletos los orbitales P (p1 al p6)

Los elementos de los grupos I A al V A, t ienen la tendencia a ceder electrones

Los elementos de los grupos I A al V A, t ienen la tendencia a ceder electronespara llegar a la configuración de gas noble (ns2 np6) más cercano. En cambio, loselementos de los grupos VI A y VII A, captan e- para llegar a la configuración de gasnoble más cercano.

b. Elementos de transición

Se sitúan en los grupos B del sistema periódico. Los elementos pertenecientes a estaclasificación presentan orbitales d (d1 al d10) en su últ imo nivel de energía.

c. Elementos de transición interna

Se ubican en la zona inferior de la tabla periódica, también se les denomina t ierrasraras. Su principal característ ica es que presentan orbitales f (f1 al f14) en su últ imo nivel deenergía.

d. Gases noblesSe ubican en la parte derecha de la tabla periódica, en el grupo 0 ó grupo VIII. Son

químicamente gases, que presentan 8 en su últ imo nivel de energía (ns2 np6), conexcepción del Helio (He) que presenta 2.

Los átomos de los gases nobles presentan gran estabilidad química debido a suconfiguración electrónica, puesto que cumplen con la regla del octeto, es decir,

presentan una configuración electrónica completa con 8 en su últ imo nivel energét ico. Poresta razón, no reaccionan con otros elementos químicos, recibiendo el nombre de inért idos.

9. Enlace químico

El enlace químico es la forma de unión entre dos o más átomos. Esta unión va a estarregulada por criterios y reglas y dependiendo de ello, es el t ipo de enlace que se establece.

Es así que un átomo adquiere estabilidad cuando posee 8 electrones en la capaelectrónica más externa (o 2 electrones cuando sólo t ienen 1 nivel de energía) o capade valencia. La denominación electrón de valencia, se ut iliza para designar los electronesexistentes en esa capa.

En la práct ica, cuando dos átomos se van a unir, ellos intercambian electrones entre sí(ceden o ganan) o ut ilizan compart ición de electrones, procurando adquirir la configuraciónelectrónica de un gas noble.

Dos reglas principales que se deben cumplir son las siguientes:

• Regla del Dueto: Un átomo debe tener dos electrones en su entorno.• Regla del Octeto: Un átomo debe tener ocho electrones alrededor.

Además, existe una forma de simbolizar esta repart ición de los electrones en el enlace;denominada estructura de Lewis. La estructura de Lewis es la representación de la distribuciónde los electrones que part icipan en el átomo.

Ejemplo: Como el hidrógeno pertenece al grupo IA, tendrá un solo electrón. El oxígenopertenece al grupo VIA y part icipa con seis electrones.

Al simbolizar su unión queda

9.1 Determinación de electrones de valencia

Son los electrones de mayor energía que posee un átomo. Estos se ubican en los nivelesenergét icos más externos. Además, son los electrones efect ivamente ut ilizados en la creaciónde los enlaces químicos.

Para poder determinarlos:

• Se escribe la configuración electrónica de los elementos.• Se ident ifica la capa más externa.• Se suman los electrones del últ imo nivel de energía.

Así por ejemplo, el oxígeno que t iene un número atómico de 8, al escribir su configuraciónelectrónica queda:

1s2 2s2 2p4

Ident ificando la capa más externa,2s2 2p4

Sumando los electrones 2 + 4, se obt ienen 6 electrones de valencia.

9.2 Tipos de enlace

9.2.1 Enlace iónico

Es el proceso de unión que se establece entre dos átomos de electronegat ividades muydist intas (diferencia de EN igual o mayor a 1,7), en el cual ocurre una transferencia de uno omás electrones, generalmente desde un elemento metálico hacia otro no metálico. En estet ipo de enlace un átomo cede electrones, quedando con carga posit iva, y el otro átomo captaelectrones, quedando con carga negat iva.

Las sustancias iónicas t ienen aspecto cristalino, son sólidas a temperatura ambiente ypresentan elevados puntos de fusión y ebullición. Además, son solubles en agua y conducen lacorriente eléctrica (electrolitos) cuando están fundidos o en disolución acuosa. Son sustanciasiónicas: la sal de mesa (NaCl), el salit re (KNO3), el sulfato de cobre (CuSO4) y sales en general.

El enlace iónico se establece principalmente entre átomos de los grupos:

I A - VI A II A - VI A I A - VII A II A - VII A

Ejemplo: NaCl

9.2.2 Enlace covalente

Es un t ipo de unión atómica que se caracteriza porque los átomos enlazantes compartenelectrones, formando ambos un octeto. Las sustancias con enlaces covalentes son, porlo general, insolubles en agua, no conducen la corriente eléctrica y presentan puntosde fusión más bajos. Dentro de este enlace se dist inguen dos t ipos:

• Enlace covalente apolar: Se da entre átomos de igual electronegat ividad (diferenciade EN = 0). Este enlace lo presentan los gases diatómicos, tales como el H2 ,O2 ,N2, etc.

• Enlace covalente polar: Se presenta entre átomos que t ienen electronegat ividadesmuy similares (diferencia de EN entre 0,1 y 1,6). Se le denomina enlace covalente polarporque al producirse la unión entre átomos con electronegat ividades similares, seestablece una zona donde se concentra una mayor densidad electrónica, generándosepor consiguiente un polo posit ivo y otro polo negat ivo. Por lo tanto, la zona que perteneceal átomo con mayor electronegat ividad será el polo negat ivo y la del átomo con menorelectronegat ividad será el polo posit ivo, originándose así una molécula polar.

Ejemplo: H2O y NH3

- Enlace covalente apolar:

Ejemplo:

- Enlace covalente polar:

Ejemplo: HCl

- Enlace covalente coordenado o dat ivo: en este t ipo de enlace sólo un átomo aportaelectrones para el enlace, mientras que el otro átomo sólo aporta orbitales vacíos.

Ejemplo:

9.2.3 Enlace metálico

En este caso los electrones forman una nube alrededor de un conglomerado de átomos yse dice que los electrones están deslocalizados.

Este t ipo de enlace se caracteriza por poseer una gran cant idad de iones posit ivos que semant iene unido por una nube de electrones.

Los cat iones metálicos se encuentran rodeados de electrones deslocalizados, lo queproduce una gran atracción entre átomos, así lo explica la teoría del mar de electrones.

Esta atracción es responsable de las propiedades de los compuestos metálicos, tales comosus elevados puntos de fusión y ebullición, ser buenos conductores de calor y electricidad, sermaleables y dúct iles.

9.3 Geometría molecular

Corresponde a la disposición espacial que t ienen las moléculas, basado en el modelo dela repulsión de los pares electrónicos de la capa de valencia (RPECV). Esta indica quelos electrones de valencia que se encuentran en un átomo central, desempeñan un papelfundamental, incluyendo los pares electrónicos que forman enlace y los que no forman enlace.

Considerando a las moléculas covalentes como compuestas por un átomo central (A),rodeado de ligantes (B), la fórmula que lo representa es:

ABx

Siendo X, el número de ligantes del átomo central.

Ejemplo: Determinar la geometría molecular de la molécula de anhídrido sulfuroso, SO2.

- Primero se deben determinar los electrones de valencia de los átomos involucrados en laformación de la molécula:

Oxígeno: 6 electrones de valencia (grupo VIA)Azufre: 6 electrones de valencia (grupo VIA)

- Determinar el total que efect ivamente forman enlaces:

6 + 6 · 2 =18 (electrones disponibles)

- Ubicar átomo principal en el centro y los ligantes alrededor:

O S O

- Distribuir los átomos disponibles, formando en primera instancia enlaces simples (2electrones):

O−S− O (4 electrones ut ilizados)

- Luego, distribuir los electrones restantes, formando en primera instancia octetos con losligantes y luego con el átomo central:

- En este caso, el azufre no cumple con octeto, por lo tanto, se deben deslocalizar paresde electrones para formar enlaces dobles:

Finalmente, se determina que la molécula de anhídrido sulfuroso t iene geometría angular,con 2 ligantes y un par de electrones libres en el átomo central.

Por últ imo, es conveniente indicar que existe un concepto importante relacionado con elenlace químico: Hibridación. Tiene relación con un aumento del número de electrones

desapareados, producto de un reordenamiento de los orbitales apareados. El principal ejemplode hibridación lo representa el átomo de carbono.

CAPÍTULO 2: NOMENCLATURA INORGÁNICA

Un elemento puede tener una o varias cargas eléctricas. Su estado de oxidación estárelacionado, en parte, con el grupo al cual pertenece.

Aprendizajes esperados• Ident ificar estados de oxidación.• Nombrar y reconocer compuestos inorgánicos.• Relacionar la nomenclatura inorgánica con los dist intos minerales.• Reconocer los dist intos minerales de acuerdo a su fórmula química.• Reconocer la dureza de un mineral ut ilizando la escala de Möhs.

1. Nomenclatura inorgánica

Para nombrar los dist intos compuestos químicos e iones, es necesario conocer lossiguientes aspectos:

• El nombre del elemento.• Estado de oxidación.

Ahora bien, el nombre de un determinado elemento t iene su origen en el nombre del paísdonde fue descubierto, en la raíz del nombre del descubridor, etc.

1.1 Estado de oxidación (EDO)

Es la carga eléctrica que presenta el elemento. Ésta puede ser posit iva o negat iva.Además, un elemento puede tener una o varias cargas. Por lo tanto, el estado de oxidación deun elemento está relacionado, en parte, con el grupo al cual pertenece.

A cont inuación, presentaremos una lista con elementos y sus estados de oxidación.

1.1.1 Estados de oxidación posit ivos

+1 : H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Ag+2 : Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd+3 : B, Al, Ga, In, Sc, La, Ac+4 : Ge+1 y +2 : Cu, Hg+1 y +3 : Tl, Au+2 y +3 : Fe, Co, Ni+2 y +4: C, Si, Sn, Pb, Pt+3 y +4: Ti, Zr+3 y +5: N, P, As, Sb, Bi, V+4 y +6: S, Te, Se+2, +3 y +6: Cr+2, +4 y +6: Mo, W+1, +3, +5 y +7: Cl, Br, I, F+2, +3, +4, +6, +7 : Mn

1.1.2 Estados de oxidación negativos

-1 : H, F, Br, I, Cl -2 : O, S, Te -3 : N, P -4 : C, Si -1 y -2 : O

Un estado de oxidación determinado, se va a manifestar en presencia de otros elementos.

2. Determinación de los estados de oxidación en compuestos

Para asignar la nomenclatura a los diversos compuestos inorgánicos, es fundamentalsaber el estado de oxidación de los elementos que part icipan en la formación de los mismos,ya que esto permite, en la nomenclatura t radicional, diferenciarlos.

Para una mayor claridad, se presentan a cont inuación las reglas de estados de oxidación:

Para realizar esta determinación, vamos a dist inguir t res casos:

a. Compuesto neutro b. Compuesto posit ivo c. Compuesto negat ivo

a. Compuesto neutro

En este caso, la suma de los estados de oxidación es cero.

Ejemplo:

Si no se conoce el estado de oxidación de un elemento determinado, se puede establecerconociendo el estado de oxidación de los otros elementos que conforman el compuesto.

Ejemplo:

Por lo tanto, el estado de oxidación del Ca es +2.

b. Compuesto posit ivo

La suma de los EDO debe ser posit iva según indique la carga del compuesto.

Ejemplo:

Al igual que en el caso anterior, también se puede conocer el EDO de un elemento enbase al otro.

c. Compuesto negativo

La suma de los EDO debe ser negat iva según indique la carga del compuesto.

Ejemplo:

Los nombres que usan los números romanos, corresponden a la nomenclatura Stock y losque usan sufijos, a la nomenclatura t radicional.

2.1 Iones posit ivos o cat iones

Los que t ienen un solo estado de oxidación:

H+ : ión hidrógenoCa+2 : ión calcioAI+3 : ión aluminio

Los que t ienen dos estados de oxidación:

Fe+2 : ión hierro (II) ó ión ferrosoFe+3 : ión hierro (III) ó ión férricoCu+1 : ión cobre (I) ó ión cuprosoCu+2 : ión cobre (II) ó ión cúpricoN+3 : ión nit rógeno (III) ó ión nit rosoN+5 : ión nit rógeno (V) ó ión ní t rico

Se puede observar que la primera forma de nombrarlos, conserva el nombre del elementoy entre paréntesis, el estado de oxidación en números romanos. La segunda forma usa sufijos,“oso” e “ico”, para indicar con el primero (oso) el menor estado de oxidación y con elsegundo (ico), el mayor estado de oxidación. Estos sufijos sólo proceden cuando hay dosestados de oxidación.

Los elementos que t ienen más de dos estados de oxidación:

CI+ : ión cloro (I) ó ión hipoclorosoCI+3 : ión cloro (III) ó ión clorosoCI+5 : ión cloro (V) ó ión clóricoCI+7 : ión cloro (VII) ó ión perclórico

Como vemos, en el caso del halógeno cloro, que presenta cuatro estados de oxidación, sehace uso de la nomenclatura t radicional de prefijos y sufijos. Es decir:

+1 hipocloroso+3 cloroso+5 clorico+7 perclorico

2.2 Iones negativos o aniones

Tienen un sólo estado de oxidación:

H- : ión hidruroF- : ión fluoruroI- : ión yoduroBr- : ión bromuroS-2 : ión sulfuro

Vemos que el sufijo uro es característ ico para los elementos que presentan estados deoxidación negat ivos.

3. Compuestos binarios

Los compuestos binarios están formados por dos elementos, independientes del númeroen que estén.

A cont inuación presentaremos la clasificación de ellos.

• Óxido básico• Anhídridos u óxidos ácidos• Hidruros• Hidrácidos• Peróxidos• Sales binarias

3.1 Compuestos oxigenados

Son compuestos binarios en los cuales el oxígeno es el elemento más electronegat ivo.

3.1.1 Óxido básico

Están formados por metales con estados de oxidación bajos (+1, +2 o +3). Soncompuestos sólidos, iónicos, con puntos de fusión y ebullición elevados y que presentan elanión oxígeno (O-2) en su estructura. Los óxidos de los metales alcalinos (I A) y de los alcalinostérreos (II A) reaccionan con el agua. Los demás óxidos básicos, son poco solubles en agua.

En general, cuando los óxidos básicos reaccionan con agua, producen una base o sireaccionan con un ácido, producen una sal y agua.

Nomenclatura de óxidos básicos

Se pueden nombrar de acuerdo a nomenclatura IUPAC, Stock o de acuerdo a lanomenclatura t radicional.

1. Cuando el elemento forma sólo un óxido, se le nombra:

• Stock: Óxido de __(Nombre del elemento)_____ (estado de oxidación en númerosromanos)

• Tradicional: Óxido __(Nombre del elemento)____ ico

Ejemplo: compuesto Na2O

Stock: Óxido de SodioTradicional: Óxido Sódico

2. Cuando el elemento forma más de 1 óxido, se t iene:

• Stock: Óxido de __(Nombre del elemento)_____ (estado de oxidación en númerosromanos) • Tradicional: Óxido ________________________ oso (estado de oxidación menor)

Óxido ______________________________ico (estado de oxidación mayor)

Ejemplo: compuesto Cu2O

Stock: Óxido de Cobre (I)Tradicional : Óxido Cuproso

Ejemplo: compuesto CuO

Stock: Óxido de Cobre (II)Tradicional : Óxido Cúprico

3.1.2 Anhídridos u óxidos ácidos

Son compuestos moleculares, generalmente solubles en agua, formados por no metales.Por este mot ivo, son compuestos principalmente gaseosos. En los anhídridos, el oxígenopresenta un estado de oxidación –2.

Los óxidos ácidos o anhídridos son óxidos que reaccionan con agua, produciendo unácido, o reaccionan con una base, produciendo sal y agua.

Nomenclatura de anhídridos u óxidos ácidos

• Stock: Óxido de __(Nombre del elemento)___ (estado de oxidación en númerosromanos)

• Tradicional: Anhídrido __(Nombre del elemento)__ oso Estado de oxidación menor

Anhídrido ___(Nombre del elemento)___ Estado de oxidación mayor

Vemos que, a diferencia del anterior, en la nomenclatura t radicional se usa el términoanhídrido. Esto facilita la comparación entre óxido básico y óxido ácido.

Ejemplo: compuesto SO2

Stock: Óxido de Azufre (IV)Tradicional: Anhídrido Sulfuroso

Ejemplo: compuesto SO3

Stock: Óxido de Azufre (VI)Tradicional: Anhídrido Sulfúrico

También en los anhídridos y óxidos el nombre del compuesto puede asignarse de acuerdoal número de oxígenos presentes con el auxilio de los prefijos mono, di, t ri, etc. Este t ipo denomenclatura recibe el nombre de sistemát ica.

Ejemplos

CO Monóxido de carbonoCO2 Dióxido de carbonoAI2O3 Trióxido de dialuminio

Los diferentes t ipos de óxidos, ya sean básicos o ácidos, se distribuyen a lo largo de latabla periódica como sigue:

3.1.3 Peróxidos

Formados por oxígeno y elementos del grupo I A y II A (representat ivos). El estado deoxidación del oxígeno es -1. Se nombran anteponiendo la palabra peróxido.

Ejemplos

H2O2 Peróxido de Hidrógeno o Agua OxigenadaNa2O2 Peróxido de SodioCaO2 Peróxido de Calcio

El agua oxigenada es un líquido molecular, mientras que los demás peróxidos, son sólidosiónicos.

El agua oxigenada se descompone con el pasar del t iempo y, principalmente, bajo laacción de la luz, por esta razón se debe almacenar en frascos oscuros.

La descomposición se realiza según la siguiente ecuación:

3.2 Compuestos hidrogenados

3.2.1 Hidruros

Son compuestos binarios formados por hidrógeno y un metal o no metal. El estado deoxidación del hidrógeno en los hidruros metálicos es –1. Por lo tanto existen hidruros metálicoscomo no metálicos (estos últ imos ut ilizan no metales de los grupos IVA y VA).

Nomenclatura de hidruros

Ejemplo: Compuesto AIH3

Stock: Hidruro de AluminioTradicional: Hidruro Alumínico

Ejemplo: Compuesto LiH

Stock: Hidruro de Lit ioTradicional: Hidruro Lí t ico

Ejemplo: Compuesto PbH2

Stock: Hidruro de Plomo (II)Tradicional: Hidruro Plumboso

3.2.2 Hidrácidos

Formados por hidrógeno y un no metal. Este pertenece al grupo VIA y VIIA. Hidrógenopresenta estado de oxidación +1

Nomenclatura de hidrácidos

El nombre es construido con la terminación hídrico.

Ácido ___(Nombre del elemento)___ hídrico

HCl : Ácido clorhídricoHI : Ácido yodhídricoHF : Ácido fluorhídricoH2S : Ácido sulfhídricoHCN : Ácido cianhídrico

Se observa que el estado de oxidación del hidrógeno es +1. Este es el que presenta en lamayoría de los compuestos, a excepción de los hidruros. El término ácido t iene relación con elpH que manifiestan estos compuestos.

3.3 Sales binarias

Están formadas por un elemento metálico y otro no metálico. Se nombra primero el anióncon terminación uro y luego, el metal. En el caso de las sales binarias, también se puedeaplicar la nomenclatura t radicional.

Ejemplos

FeS

Stock: Sulfuro de Hierro (II)Tradicional: Sulfuro Ferroso

FeI3

Stock: Yoduro de Hierro (III)Tradicional: Yoduro Férrico

NaCl

Stock: Cloruro de SodioTradicional: Cloruro Sódico

4. Compuestos ternarios

Los compuestos ternarios están formados por t res elementos, independiente del númeroque estén presentes.

Los compuestos ternarios que presentaremos son:

Hidróxidos Oxácidos Sales Ternarias

4.1 Hidróxidos

Están formados por un metal y el grupo hidroxilo (OH-), y se generan a part ir de óxidosbásicos y agua.

Ejemplo

NaOH

Stock: Hidróxido de SodioTradicional: Hidróxido Sódico

Nomenclatura de los hidróxidos (Stock)

Hidróxido de __(Nombre del elemento)__ (estado de oxidación en número romano)

Como se observa, se coloca la palabra hidróxido antes del nombre del metal. El grupo OH-

t iene un estado de oxidación –1. En este caso no es necesario usar paréntesis para el grupoOH-, ya que el metal t iene estado de oxidación +1. Cabe recordar que estos compuestospresentan pH básicos, de ahí que los óxidos básicos, que dan origen a los hidróxidos lleven taldenominación.

Otros ejemplos

Mg(OH)2 Stock: Hidróxido de magnesio (II)Tradicional: Hidróxido magnésico

AI(OH)3

Stock: Hidróxido de aluminio (III)Tradicional: Hidróxido alumínico

Fe(OH)2

Stock: Hidróxido de hierro (II)Tradicional: Hidróxido ferroso

Cu(OH)2

Stock: Hidróxido de cobre (II)Tradicional: Hidróxido cúprico

4.2 Oxácidos

Son compuestos formados por hidrógeno, oxígeno y un no metal. Se originan a part ir deanhídridos y agua.

Ejemplo

Se observa que delante del nombre del elemento va la palabra ácido. En general, en estet ipo de compuestos el nombre tradicional predomina sobre el IUPAC. Por otra parte, presentacaracteríst icas de pH ácido, de ahí el nombre del óxido respect ivo que lo origina. Además,estos ácidos se disocian, dando origen a otros compuestos, principalmente aniones, junto conla liberación de iones hidrógeno.

Veamos la disociación establecida para el ácido carbónico

Como presenta dos disociaciones, también se dice que es un ácido diprót ico (dos ioneshidrógeno). Si un ácido tuviera t res disociaciones, sería un ácido triprót ico (t res ioneshidrógeno), y así sucesivamente.

Otros ejemplos de oxácidos

HClO : Ácido hipoclorosoHCIO2 : Ácido clorosoHCIO3 : Ácido clóricoHCIO4 : Ácido perclóricoHNO2 : Ácido nit rosoHNO3 : Ácido ní t ricoH2SO3 : Ácido sulfurosoH2SO4 : Ácido sulfúricoH3PO4 : Ácido fosfóricoH3BO3 : Ácido bóricoH2MnO4 : Ácido mangánicoHMnO4 : Ácido permangánicoH2CrO4 : Ácido crómicoH2Cr2O7 : Ácido dicrómico

H Cr O : Ácido dicrómico

4.3 Sales ternarias

Estos compuestos están formados por la unión de un cat ión y un anión. El anión t iene suorigen en un oxácido que ha perdido sus hidrógenos.

En general, se puede decir que el nombre de una sal, ya sea binaria o ternaria, deriva delácido que le da origen. Así, para obtener el nombre de una sal, basta alterar la terminación delnombre del ácido correspondiente de acuerdo con el siguiente código:

NaNO2

Stock: Nit rito de sodioTradicional: Nit rito sódico

Fe2(SO4)3

Stock: Sulfato de hierro (III)Tradicional: Sulfato férrico

Ca3(PO4)2

Stock: Fosfato de calcioTradicional: Fosfato cálcico

5. Mineralogía

De los elementos químicos que existen en la naturaleza son sólo 8 los que conformancasi el 98% de la corteza terrestre. Los elementos más abundantes son el Oxígeno (46,6%) yel Silicio (27,7%). Sin embargo, muy pocos elementos se encuentran en forma nat iva, granparte de ellos se hayan formando compuestos y como tales, pueden reaccionar con otroscompuestos o elementos, produciendo nuevas combinaciones químicas y dando origen a unmineral.

5.1 Rocas

Son agregados inorgánicos y naturales formados por uno o más minerales en diversasproporciones. A nivel de litósfera, se dist inguen tres t ipos de rocas que se diferencia por sudist inta formación.

5.2 Mineral

Es un elemento o compuesto químico formado a t ravés de un proceso natural. A pesar delas posibles variaciones en su composición, los minerales se representan por fórmulasquímicas.

5.2.1 Propiedades de los minerales

Todo mineral puede ser caracterizado por propiedades físicas que lo ident ifique. Dentrode estas propiedades, se destacan la exfoliación y la dureza del mineral.

- Exfoliación: Si por ejemplo se golpea un mineral de calcita, éste se rompe en muchosfragmentos que t ienen la misma forma que la del cristal del cual proceden (romboedros).Esta tendencia del mineral a part irse a lo largo de una o más direcciones cuando esgolpeado o comprimido se llama exfoliación. La exfoliación está muy relacionada con la estructura del cristal, es decir, con la fuerza deenlace de los átomos que lo componen. Así, algunos de estos enlaces son más débiles enunas direcciones que en otras.

- Dureza: Es la resistencia que ofrece la superficie lisa de un mineral a ser rayada. El mineralogista Friedrich Möhs estableció, en 1812, una escala de dureza aún vigente.Seleccionó diez minerales t ipo y los dispuso de tal forma que cada uno pudiera rayar sóloa los anteriores y fuera rayado por los posteriores. La escala presenta 10 niveles dedureza que van del 1 al 10.

La dureza de un mineral depende de su composición química y también de la disposiciónde sus átomos. Cuanto más grande son las fuerzas de enlace, mayor será la dureza delmineral. El grafito y el diamante, por ejemplo, son de la misma composición química,solamente se const ituyen de átomos de carbono. Sin embargo, el grafito t iene una durezasegún Möhs de 1, mientras que el diamante una dureza de 10 en la misma escala.

5.3 Clasificación de los minerales

Aunque en la naturaleza se conocen más de 2000 minerales y todavía se siguendescubriendo minerales nuevos, solamente unos pocos de ellos componen la mayor parte dela corteza terrestre.

La clasificación mineralógica moderna se basa en la composición química, atendiendo alión negat ivo presente en cada estructuras. Así, se establecen categorías o clases deminerales dependiendo de los átomos, moléculas o iones que los componen.

5.3.1 Elementos nat ivos

Son los elementos que pueden encontrarse en la naturaleza sin combinar con átomos deotros elementos.

• Oro (Au) • Cobre (Cu)• Azufre (S)• Plata (Ag)• Diamante

5.3.2 Sulfuros

Son minerales que presentan el ión sulfuro (S-2) en su estructura. Tienen propiedadessemiconductoras, y por su aspecto, se asemejan a los semimetales. Existen algunas especiesde gran interés industrial pues de éstos se extraen casi todos los metales no férreos.

• Galena (PbS)• Pirita (FeS2)• Calcopirita (CuFeS2)• Argent ita (Ag2S)• Blenda (ZnS)

5.3.3 Halogenuros

Pequeño grupo de minerales formados por sustancias similares a la sal de mesa,procedentes de la evaporación de aguas o bien, derivadas de transformaciones de otrosminerales e incluso de depósitos volcánicos. Son minerales cuyos aniones característ icos sonlos halógenos (grupo VIIA).

• Halita (NaCl)• Silvina (KCl)• Flourita (CaF2)

5.3.4 Óxidos

Grupo de minerales formados por metales (o semimetales), más oxígeno. Algunos de ellost ienen gran interés industrial y pueden presentarse en grupos cristalizados muy vistosos.Existen óxidos oscuros, mientras que otros son muy claros.

• Cuprita (Cu2O)• Corindón (Al2O3)• Hematita (Fe2O3)

5.3.5 Carbonatos

Grupo de minerales que presenta al anión carbonato (CO3-2) en su estructura. Presentan

dureza 2 según la escala de Möhs.

• Calcita (CaCO3)• Malaquita (CuCO3)

5.3.6 Nitratos, fosfatos y sulfatos

Generalmente se trata de grupos formados por alteraciones de dist intos mineralesmetálicos de colores atract ivos y con espléndidos cristales, usualmente pequeños. Los nit ratosy fosfatos presentan amplio uso en la agricultura como fert ilizantes.

• Salit re potásico (KNO3)• Yeso (CaSO4 x 2 H2O)• Apat ito (Ca3(F, Cl, OH)(PO4)x)

5.3.7 Silicatos

Es el grupo más importante debido a la abundancia de silicio que se encuentra en lacorteza terrestre. Los silicatos se presentan a como cristales de dimensiones variables y, secaracterizan la mayor parte de ellos por una elevada dureza (7 según Möhs).

• Circón (ZrSiO4)• Cuarzo (SiO2)• Talco (Mg3Si4O10(OH)2)

• Mica (KAI2(AISi3)O10(OH)2)

CAPÍTULO 3: ESTEQUIOMETRÍA

La estequiometría t iene por finalidad establecer aquellas relaciones entre reactantes yproductos en una reacción química. Los reactantes son los precursores del proceso y losproductos es lo que se obtuvo una vez finalizada la reacción.

Aprendizajes esperadosConocer las leyes que rigen laestequiometría.Aplicar el concepto de mol.Desarrollar relaciones estequiométricas.Describir el comportamiento gaseoso.

1. Estequiometría

La estequiometría t iene por finalidad establecer aquellas relaciones entre reactantes yproductos en una reacción química.

Los reactantes son los precursores del proceso y los productos es lo que se obtuvo unavez finalizada la reacción.

Para entender como se establecen estas relaciones, se sugiere conocer las leyes querigen la estequiometría.

1.1 Ley de la conservación de la masa (ley de Lavoisier)

“En toda reacción química la masa de los reactantes será igual a la masa deproductos”.

m Reactantes = m Productos

Esta ley reafirma que en la naturaleza nada se crea ni destruye, sólo se t ransforma. Por lotanto, en todo proceso químico no puede observarse una variación entre las masasrespect ivas, cualquier anomalía es indicio de que lo que estamos haciendo no se comportacomo debe ser.

Ejemplo

El óxido de cobre (II) se forma a t ravés de oxígeno y cobre metálico. Si la masa de óxido es35 g y la del metal 5 g, est imar la masa de oxígeno.

Aplicando la ley, tenemos: m cobre + m oxígeno = m óxido

m oxígeno = m óxido - m cobre m oxígeno = 35 g - 5 g m oxígeno = 30 g

1.2 Ley de proporciones definidas (ley de Proust)

“En un compuesto dado, los elementos participantes se combinan siempre en lamisma proporción, sin importar su origen y modo de obtención”.

Por ejemplo, en el óxido de zinc (II), el cual está formado por zinc y oxígeno, el zinc estápresente en un 80,3% y el oxígeno, en un 19,7%. Esto quiere decir que si sintet izamos esteóxido básico, veremos que, desde el punto de vista de la masa, habrá siempre dicho porcentajede cada elemento.

EjemploEl óxido de zinc (II) t iene un 80,3% de zinc y un 19,7% de oxígeno. Si la masa del óxido

básico es 145 g, est imar la masa de zinc y oxígeno presentes. M zinc = % de zinc x masa óxidoM zinc = (80,3/100) x 145 gM zinc = 116,435 gM oxígeno = % de oxígeno x masa óxidoM oxígeno = (19,7/100) x 145 gM oxígeno = 28,565 g

Al sumar las masas correspondientes, obtendremos la masa del óxido.

116,435 g + 28,565 g = 145 g

Con esto se manifiesta, una vez más, que la ley de la conservación de la masa también sehace presente.

1.3 Ley de las proporciones múlt iples (ley de Dalton)

“Si dos elementos forman más de un compuesto, estableciéndose fija lacomposición de uno de ellos, el otro elemento estará en razón de números naturales(enteros y sencillos)”.

Esta ley puede ejemplificarse a t ravés de los anhídridos del nit rógeno.

Los anhídridos son:

N2O

NON2O3

NO2

N2O5

Ejemplo: si fijamos una masa de oxígeno en 7 g, las masas de nit rógeno en cada

compuesto serán, respect ivamente

Podemos observar que las masas de nit rógeno y oxígeno presentan una cierta razónentre sí :

4 : 8 : 12 : 16 : 20 = 7 : 7 : 7 : 7 : 7

Como las masas de nit rógeno son múlt iplos de 4, se hace la simplificacióncorrespondiente:

1 : 2 : 3 : 4 : 5

De esta manera queda demostrada la aplicación de esta ley.

1.4 Ley de las proporciones recíprocas (ley de Richter)

“Si dos o más compuestos se combinan con una masa fija de un elemento delcompuesto, lo harán en una razón de números enteros y sencillos”.

Ejemplo

Si en el CCl4 y en el CO2 se mant iene fija la masa de carbono, est imar la razón entre elcloro y el oxígeno.

La razón entre los elementos es 1 : 4 (C y Cl) y 1 : 2 (C y O), pero la razón entre loselementos mencionados es del t ipo 4 : 2 ó 2 : 1, por lo tanto, se cumple la ley.

2. Términos de estequiometría

A cont inuación, presentaremos algunos términos muy usados para explicar la relaciónentre reactantes y productos.

2.1 Unidad de masa atómica (uma)

Es la unidad que se usa para expresar cuál es la masa de un átomo, y equivale a

1 uma = 1,66 x 10-24 g

Veamos su aplicación en los siguientes ejemplos.

Ejemplo 1.

Calcular la masa del átomo de Al en gramos, sabiendo que presenta 26,98 uma.

Ejemplo 2.

Establecer la unidad de masa atómica, si la masa del átomo de Na es 3,81 x 10-23 g

2.2 Mol (n)

Es la cant idad de sustancia de un sistema que cont iene tantas ent idades elementales(átomo, moléculas o iones) como átomos hay en 0.012 kg de carbono 12 o en 12 g del mismoátomo.

2.3 Constante de Avogadro

Es la constante que establece una relación entre el número de ent idades y la cant idad desustancia. Su valor es:

6.02 x 1023 ent idades · mol-1

Hipótesis de AvogadroTodos los gases t ienen un mismo volumen en igual condición de presión y temperatura,

conteniendo el mismo número de moléculas.

Un mol de cualquier gas en C.N.P.T. son 22,4 lit ros.

Así: Vm olar = 22,4 L/mol

En general, podemos decir que el concepto de Mol y la constante de Avogadro estánestrechamente relacionados. Así, un mol de ent idades (átomos, moléculas o iones) equivale adecir que hay 6,02 x 1023 de estas ent idades. Cuando decimos una docena sabemos que son

doce unidades, si tenemos una resma de papel implica poseer 500 hojas, etc.

Entonces,

1 mol = 6,02 x 1023 átomos1 mol = 6,02 x 1023 moléculas1 mol = 6,02 x 1023 iones

Ejemplo

Calcular el número de átomos que hay en 2,3 moles de Zn.

Como nos están preguntando por número de átomos, debemos usar la expresión de laconstante, entonces,

Es decir, en 2,3 mol de Zn hay 1,38 x 1024 átomos de Zn.

2.4 Masa molar (MM)

Es la relación que se establece entre la masa de la ent idad y la cant idad de moles. Seexpresa:

Podemos conocer la masa molar de un átomo, molécula o ión y para ello sólo requerimossaber los datos de la masa atómica y la cant idad de átomos.

Ejemplo

Calcular la masa molar del Cu(OH)2, sabiendo que las masas atómicas (Ma. t ) de cadaelemento son, respect ivamente:

M. at Cu = 64 g/molM. at O = 16 g/molM. at H = 1 g/mol

La masa molar del hidróxido de cobre (II) será la suma de las masas atómicas de loselementos que lo const ituyen, considerando el número de átomos de cada elemento.

MM Cu(OH)2 = M. at Cu + 2 M. at O + 2 M. at H

Lo que significa que un mol de hidróxido de cobre (II) t iene una masa de 98 g.

Del término masa molar podemos dar origen a otras dos expresiones:

En la primera, podemos calcular el número de moles (n) conociendo la masa y la masamolar de la sustancia. En la segunda podemos calcular la masa conociendo los moles (n) y lamasa molar (MM).

2.5 Relación entre masa molar y la constante de Avogadro

En este punto veremos las relaciones que se pueden establecer entre la masa molar y laconstante de avogadro.

De este modo, tenemos:

1 mol = 6,02 x 1023 átomos = masa molar (MM) o masa atómica (M. at)

Ejemplo

¿Cuántos átomos de Aluminio hay en 10 g del metal, sabiendo que la masa atómica delAluminio es de 27 g/mol?

Solución

Como se necesita determinar el número de átomos de aluminio en una cant idad conocidadel metal, es preciso ut ilizar la relación anterior.

I.

II.

3. Ecuaciones químicas

Una vez que se determina la naturaleza de los reactantes y los productos, es posibledescribir una reacción mediante una ecuación que indique la naturaleza y cant idades de lassustancias que part icipan en ella.

Para ilustrar los principios que intervienen, se considerará la reacción que se efectúa en elmotor de un cohete que emplea hidracina como combust ible y tetraóxido de dinit rógeno comooxidante. Se ha establecido experimentalmente que las fórmulas moleculares para estas dossustancias, ambas líquidas, son N2H4 y N2O4, respect ivamente. El análisis de la mezcla que saledel escape del cohete muestra que se compone de nit rógeno gaseoso elemental, N2, y agualíquida. Para describir una ecuación balanceada de esta reacción, se procede así :

a. Primero se escribe una ecuación no balanceada, en la que aparezcan las fórmulas delos reactantes a la izquierda y las de los productos a la derecha.

b. Se balancea la ecuación tomando en cuenta la ley de conservación de masa, querequiere que haya el mismo número de átomos de cada elemento en ambos lados de laecuación.

Nota (1): el número de moles o lit ros totales de los reactantes comparado con los de losproductos, pudiera no resultar siempre igual, lo cual no indica que la reacción no estébalanceada.

Nota (2): XAy ; X : Coeficiente estequiométrico A: Compuesto y: Subíndice

c. Para indicar los estados físicos de los reactantes y productos en la ecuación seemplearán las letras (g), (I) y (s) para representar gases, líquidos puros y sólidosrespect ivamente.

Cuando se trata de reacciones que t ienen lugar en disoluciones acuosas se emplearán lossímbolos (ac o aq) para indicar una especie disuelta (ión o molécula).

Nota (3): Sobre el t ipo y sent ido de las flechas y símbolos que se ocupan para ladescripción de una reacción química.

d. Interpretación de ecuaciones estequiométricas. Los coeficientes de una ecuaciónestequiométrica indican el número de moles o moléculas de los reactantes y de losproductos que part icipan en una reacción. Luego, la ecuación:

Indica que dos moles de N2H4 reaccionan con un mol de N2O4, obteniéndose tres moles deN2 y cuatro moles de H2O. Es importante tener en cuenta que una reacción estequiométricacont inúa conservando su validez si cada uno de los coeficientes se mult iplica por un mismonúmero.

Ejemplo:

Indica que 4 moles de Al se combinan con 3 moles de O2 y se obt ienen 2 moles de Al2O3

En resumen, los coeficientes de una ecuación estequiométrica dan directamente losnúmeros relat ivos de moles de reactantes y productos; también permiten calcular la cant idadde masa involucrada en el proceso.

4. Relaciones estequiométricas

A cont inuación, estableceremos el procedimiento para predecir la masa de un compuestoa part ir de otro. Para esto, es importante considerar los coeficientes estequiométricos de lareacción.

Sea la siguiente reacción:

Calcular la masa de tricloruro de aluminio que se produce a part ir de un gramo de aluminio.

Datos

Solución:

I.

II.

En este caso, se presenta una relación entre reactantes y productos. Sin embargo, estarelación también puede establecerse entre los reactantes o entre los productos.

Una observación importante apunta a que la relación no necesariamente debeestablecerse entre las ent idades que cont ienen a un elemento en común sinó también, puedehacerse entre los otros part icipantes.

Es importante, además, que exista un equilibrio entre reactantes y productos en cuanto alnúmero de átomos presentes. Debe procurarse el mismo número. Esto hará que los cálculossean menos complejos. El equilibrio puede realizarse por simple deducción.

5. Composición porcentual

La composición porcentual nos informará sobre el porcentaje del elemento presente en elcompuesto.

Para poder lograrlo se debe saber:

- Fórmula del compuesto.- Masa atómica del elemento y- Masa molar del compuesto

Ejemplo:

Sea el compuesto formado por hidrógeno, azufre y oxígeno, cuya fórmula es:

H2SO4

Si las masas atómicas respect ivas son:

M. at H = 1 g/molM. at S = 32 g/molM. at O = 16 g/mol

Determine la composición porcentual de cada elemento.

I. Primero se calcula la masa molar del compuesto.

Solución:

II. Se divide cada valor anterior por el peso molecular del compuesto:

6. React ivo límite

La mayoría de las reacciones químicas no ocurren en forma ideal. Por lo tanto, losreactantes no se consumen totalmente. En este caso se habla de react ivo límite.

El react ivo límite se produce cuando un compuesto se consume completamente y el otroqueda en exceso. Esta reacción no se verifica estequiométricamente y el react ivo límite es elque se consume primero.

Ejemplo:

Para la reacción:

Determine el react ivo límite, sabiendo que se usó 1 kg de Al y 1 kg de óxido férrico.

a) Se debe establecer la razón estequiométrica entre el número de moles de losreactantes para tener este valor como referencia y determinar cuál está en exceso. La razón estequiométrica ideal es:

Es decir, por cada mol de óxido se necesitan 2 moles de aluminio.

b) Se determina el número de moles ut ilizando los datos del problema.

c) Se establece la razón estequiométrica con estos valores y se compara con la ideal:

Se observa que esta razón es menor a la esperada, por lo tanto, el que está en exceso esel aluminio (porque se fijó al óxido como referencia). Luego, el react ivo límite es el óxido férrico.

Con esta relación, se puede determinar la cant idad de moles de aluminio que quedan enexceso. Entonces,

n Al = n Fe2O3 / 0.5n Al = 6.26 mol / 0.5 = 12.52 mol

Los moles de aluminio en exceso se calculan de la siguiente manera:

n Al exceso = n Al real – n Al teóricon Al exceso = 37,06 mol – 12,52 moln Al exceso = 24,54 mol

Por últ imo, se puede determinar la masa de hierro que se obt iene al hacer la reacción.

n Fe / n Al = r Fe ÷ r Aln Fe = r Fe · n Al ÷ r Aln Fe = (2 · 12,52 mol) /2n Fe = 12,52 mol

Luego:

M Fe = n Fe · MM FeM Fe = 12,52 mol · 55,85 g/molM Fe = 699,24 g

Resumiendo los conceptos, tenemos que:

- El react ivo límite es el óxido férrico. Él será quien se consuma primero.- El react ivo en exceso es el aluminio. Es decir, luego de ocurrida la reacción, aún quedarámasa de este metal.- Una vez establecido el compuesto que está en exceso, se puede calcular el productopedido, mediante la razón establecida.

7. Leyes fundamentales de los gases

En este punto t rataremos aquellos hechos que t ienen relación con el comportamiento delos gases.

Un gas es un estado de la materia que se caracteriza por su gran desorden (encomparación con los líquidos o los sólidos). Las moléculas que conforman el gas, se desplazanen el recipiente que las cont iene en trayectoria recta y a una velocidad elevada, produciéndosechoques entre éstas. En estos choques no se pierde energía.

Los factores que influyen en gran medida en el comportamiento de un gas son lossiguientes temperatura, presión y volumen

7.1 Variables de los gases

7.1.1 Temperatura

La temperatura es una forma de expresar el comportamiento de los estados de la materiaen términos de grado. La escala Kelvin se considera como la escala universal de temperatura yse establece su valor en cero, que indica cese total del movimiento molecular. Sin embargo, elcero absoluto no se puede lograr. Las escalas se fijan de acuerdo al comportamiento del agua.

a. Escala de Kelvin

Su rango de temperatura es:

0 K, ………...., -273,15 ºC100 K, …………, -173.15 °C

b. Escala Celsius

Su rango de temperatura es:

0° C, ……... ..., 273,15 K100º C, ………...., 373,15 K

c. Escala Fahrenheit

Su rango de temperatura es:

0 F, …………., -17,77 °C100 F, ... ... ... ...., 37,77 ºC

• Relación entre escala Celsius y Fahrenheit

Para expresar los grados Celsius en Fahrenheit , se usa la siguiente expresión:

Ejemplo: expresar 25 °C en grados F.

Para transformar grados Fahrenheit

a grados Celsius, se usa:

Ejemplo: expresar 56 F en grados Celsius.

• Relación entre escala Celsius y Kelvin

Para transformar grados Celsius a grados Kelvin se usa:

Ejemplo: expresar 25 °C en grados Kelvin

Para transformar grados Kelvin a grados Celsius se usa:

Ejemplo: 100 K en grados Celsius

7.1.2 Presión

La presión se define como la fuerza ejercida por unidad de área. La fuerza es la masa porla aceleración.

Las unidades que se usan para expresar presión son las siguientes:

1 atmósfera = 10 M columna de agua 1 atmósfera = 760 mmHg 1 atmósfera = 101320 Pa 1 mmHg = 1 Torr

Ejemplo: expresar 10 atmósferas en mmHg y en Pascal.

7.1.3 Volumen

El volumen es el espacio que ocupa un cuerpo en el universo. Las unidades de volumenson las siguientes:

Estas equivalencias nos permiten ir de una unidad a otra para expresar volumen.

Ejemplo

Expresar en metros cúbicos, un volumen de 535 cm3.

A cont inuación, veremos cómo se relacionan estas t res variables que describen elcomportamiento gaseoso, expresadas a t ravés de leyes. En este caso se hablará de unestado inicial y un estado final de un determinado sistema, el que permite describir al gas enambas situaciones.

7.2 Ley de los gases

7.2.1 Ley de Avogadro

“El volumen de un gas es directamente proporcional a la cantidad de sustancia(número de moles), a temperatura y presión estándar o condiciones normales depresión y temperatura (presión: 1 atm y temperatura 0°C)”.

Usando una constante de proporcionalidad, logramos igualar volumen y cant idad desustancia.

Gráficamente, se expresa:

7.2.2 Ley de Boyle y Mariotte

“El volumen de cierta masa de gas es inversamente proporcional a la presión, a unatemperatura constante”.

Luego,

Gráficamente se expresa:

7.2.3 Ley de Charles

“El volumen de cierta masa de gas es directamente proporcional a la temperatura, apresión constante”

Por lo tanto,

Gráficamente se expresa

En esta ley, la temperatura debe expresarse en grados Kelvin.

7.2.4 Ley de Gay - Lussâc

“La presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura a volumenconstante”

Por lo tanto,

Gráficamente se expresa

7.2.5 Ley combinada de los gases

Esta ley relaciona volumen, temperatura y presión, dando origen a una constante. En estecaso no varía la masa del gas. Su expresión es:

Por lo tanto,

Experimentalmente, se comprobó que esta expresión dio origen a la ecuación de estadopara un gas ideal.

7.2.6 Ecuación de gases ideales

En donde: P = presión V = volumen n = número de moles de sustancia R = constante de los gases T = temperatura

La constante R de los gases t iene los siguientes valores:

R = 0,082 atm l / mol K R = 8,314 J / mol K R = 1,987 cal / mol K

El valor de R debe ocuparse de acuerdo al sistema de unidades que se está t rabajando.Se puede observar que en todas las expresiones aparece el grado Kelvin. Es debido a estehecho, que en la Ley de Charles debe usarse la escala Kelvin de temperatura.

Un gas ideal será aquel que se comporta bajo ciertas condiciones denominadas “ideales”.Un gas real, entonces, será aquel que no se comporta idealmente.

Ejemplos

1. Dada la siguiente ecuación:

a. ¿Cuántos gramos de sulfato de cobre (CuSO4) se formarán por cada mol de cobre (Cu)que reacciona?

Solución:

i.

ii.

b. ¿Cuántos gramos de cobre se requerirán para producir 100 g de sulfato de cobreCuSO4?

Solución

i.

ii.

2. El agua con el cloro reaccionan de acuerdo a la siguiente reacción química:

a. De acuerdo a lo anterior, ¿cuántos lit ros de O2 se producirán a part ir de 45 g de agua?(MM H2O = 18 g/mol)

Solución

Nota: 1 Mol de gas en C.N.P.T= 22,4 L i.

ii.

CAPÍTULO 4: DISOLUCIONES

Las disoluciones donde el disolvente es agua, reciben el nombre de disoluciones acuosas. Poresta razón, el agua recibe el nombre de disolvente universal, independientemente de sucant idad en la disolución.

Aprendizajes esperados• Reconocer soluto de disolvente.• Ident ificar expresiones usadas en disoluciones.• Comprender el significado de la solubilidad.

1. Disoluciones

Un aspecto muy importante para el análisis químico, está relacionado con el concepto dedisolución.

disolución.En general, una disolución nos indica la relación entre dos componentes: el soluto y el

disolvente. El soluto será aquel que esté en menor proporción. El disolvente será el que estéen mayor proporción y es el que disuelve al soluto.

1.1. Característ icas de las disoluciones

- Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias.- No debe exist ir reacción entre el soluto y el disolvente, es decir, no se deben crearnuevos compuestos.- El soluto y el disolvente deben co-exist ir en una misma fase. Por fase entenderemos el estado de la materia en que se encuentran amboscomponentes. Luego, se dist inguen tres fases: sólida, líquida o gaseosa.- El soluto y el disolvente no deben separarse por procesos físicos, como por ejemplo,decantación o centrifugación.

1.1.1 Clasificación de las disoluciones según la polaridad del disolvente

• Soluciones iónicas: Son aquellas en que el soluto es un electrolito y el disolvente es polar,const ituyendo una mezcla conductora de electricidad por la formación de iones en el seno dela disolución.

Ejemplo:

• Disoluciones moleculares: Se forman entre aquellas sustancias no electrolitos ysolventes apolares, las moléculas del soluto no se disocian y están rodeadas por el disolvente.

• Disoluciones acuosas: Son disoluciones donde el disolvente es agua.

1.1.2 Clasificación de las disoluciones según el número de componentes

• Binarias (dos componentes)• Ternarias (t res componentes)

1.1.3 Clasificación de las disoluciones según la fase en la que se encuentra eldisolvente

• Estado gaseoso: Gas – Gas : AtmósferaLíquido – Gas : Aire húmedoSólido – Gas : Polvo en aire

• Estado líquido:Gas – Líquido : CO2 en bebidas gaseosasLíquido – Líquido : Alcohol en aguaSólido – Líquido : Azúcar en agua

• Estado sólido:Gas – Sólido : Hidrógeno en plat inoLíquido – Sólido : Mercurio en cobreSólido – Sólido : Aleación de oro–plata, bronce

Otras mezclas, que poseen característ icas diferentes a las disoluciones son lassuspensiones y los coloides.

1.2. SuspensionesSon mezclas que poseen part ículas mayores que 10-3 mm de diámetro, por ello son

visibles al microscopio. Dichas part ículas son atraídas por la fuerza de gravedadsedimentando y, por consiguiente, t ienden a separarse del disolvente. Mientras mayores seanlas part ículas, mayor será la velocidad de sedimentación.

Ejemplo: la sangre (elementos figurados en el plasma), la mezcla entre arena y agua,algunos medicamentos (jarabes), refrescos elaborados con frutas naturales y algunas pinturasviní licas.

Analizando la estabilidad entre los componentes que forman la mezcla, es decir, el t iempoque t ienden a estar unidos, se t iene que:

1.3. Coloides

Sistema compuesto por dos fases: una cont inua, normalmente fluida, y otra dispersa enforma de part ículas; por lo general sólidas, de tamaño ínfimo. Luego, se t rata de part ículas queno son apreciables a simple vista, sin embargo, son mucho más grandes que cualquiermolécula.

En general, un coloide por excelencia es aquel en el que la fase cont inua es un líquido y lafase dispersa son part ículas sólidas. Sin embargo, pueden encontrarse coloides cuyos

componentes se presentan en otros estados de agregación.

Algunos ejemplos de coloides son: espuma, aerosol líquido, emulsión.

2. Expresiones en disoluciones

2.1 Porcentaje masa masa (% m/m)

Es la masa de soluto que está contenida en 100 g de disolución.

% m/m = g soluto → 100 g de disolución

Es posible expresar el % m/m mediante una fórmula:

Ejemplo 1Se disuelven 12 g de cloruro de sodio (NaCl) en 200 g de agua. Calcule el % m/m del NaCl.

Respuesta:

Ejemplo 2

Se t iene una disolución de AlCl3 al 30% m/m. Determine los gramos de soluto y dedisolvente presentes en la disolución.

Respuesta:

Si una disolución se encuentra al 30% m/m, significa que presenta 30 gramos de solutoen 100 gramos de disolución. Por lo tanto,

Disolución = Soluto + Disolvente100 g 30 g 70 g

2.2 Porcentaje masa volumen (% m/v)

Es la masa de soluto que se encuentra en 100 mL de disolución

Ejemplo 1

Se disuelven 13 g de cloruro de aluminio en 215 ml de disolución. Calcular el porcentajepeso volumen de la sal.

Ejemplo 2

Determinar el % m/v de una disolución que presenta 65 g de CuSO4 (sulfato cúprico)disueltos en 170 mL de disolución.

2.3 Porcentaje volumen volumen (% v/v)

Es el volumen de soluto que se encuentra en 100 mL de disolución. Recordemos que losvolúmenes no son adit ivos, es decir, no deben ser sumados (sólo podemos hacerlo cuando lasdensidades sean iguales).

Ejemplo 1Se disuelven 40 mL de alcohol en agua, resultando 200 mL de disolución. Calcular el

porcentaje volumen volumen de la disolución hidroalcohólica.

2.4 Molaridad (M)

Es la cant idad de moles de soluto que se encuentran en un lit ro de disolución. Se expresaen mol/L

Ejemplo 1

Se disuelven 40 g de NaOH en agua hasta completar 400 mL de disolución. La MM delNaOH es de 40 g/mol. Calcular la molaridad del hidróxido de sodio.

Resolución

Aplicando la relación anterior:

Otra manera de obtener el resultado, es la siguiente:

a) se calculan los gramos de soluto disueltos en 1000 mL de disolución.

b) Se calcula la molaridad.

Ejemplo 2

¿Cuántos gramos de cloruro de sodio están disueltos en 200 mL de disolución cuyamolaridad es 0.5 M?

MM NaCl = 58 g/mol.

Respuesta:

Ejemplo 3

Calcular la molaridad del bicarbonato de sodio, si 40 g de la sal están disueltas en unvolumen de 245 mL. La MM de NaHCO3 es 84 g/mol.

Respuesta:

2.5 Molalidad (m)

Es la cant idad de moles de soluto que están disueltos en 1000 g (1 kg) de disolvente. Seexpresa en mol/kg.

Ejemplo

Se disuelven 20 g de K2SO4 en 200 g de agua. Calcular su molalidad (m).La masa molar del sulfato de potasio es de 174 g/mol.

Respuesta:

Otra forma de obtener el resultado es:

a) Calcular los gramos de soluto disueltos en 1000 g de disolvente.

b) Cálculo de molalidad

Lo que implica que la disolución es 0,574 molal.

2.6 Partes por millón (ppm)

Se define como los miligramos de soluto disueltos en 1000 g ó 1 kilogramo de disolución.

Ejemplo

Calcular la concentración, en ppm, de una disolución que cont iene 0,85 g de KNO3

disueltos en 670 g de solución.

Respuesta:

a) 1 g → 1000 mg 0,85 g → X mg X= 850 mg

b)

2.7 Fracción molar (Xn)

Es la cant idad de moles de soluto y de disolvente, respect ivamente, que hay presente enuna cierta cant idad de moles de disolución.

En general, se cumple que:

Xn = X soluto + X disolvente =1

EjemploSe disuelven 30 g de KNO3 en 500 g de agua. Calcular la fracción molar del soluto y del

disolvente.MM KNO3 = 101 g/mol y MM agua = 18 g/mol.

Respuesta:

Luego, las fracciones molares de la sal y el agua:

3. Relaciones entre las expresiones que informan sobre una disolución

3.1 Molaridad en función de porcentaje masa masa

Se puede determinar la molaridad de una disolución, conociendo el porcentaje masa masade ella, mediante la siguiente relación.

Ejemplo

Establecer la molaridad de NaOH si la densidad de la disolución es 0.9 g/mL. El porcentajemasa masa de NaOH en la disolución es 20%. La masa molar del NaOH es 40 g/mol.

3.2 Molalidad en función de porcentaje masa masa

Ejemplo

¿Qué molalidad (m) t iene una disolución si su porcentaje masa masa es 20%, sabiendoque la masa molar del soluto es 24 g/mol?

Ocupando la expresión anterior:

3.3 Porcentaje masa volumen en función de porcentaje masa masa

Ejemplo

Calcular el porcentaje masa volumen, si la densidad de la disolución es 0.9 g/mL y presentaun porcentaje masa masa de 20%.

Empleando la expresión anterior:

% masa volumen = 20 · 0.9 g/mL = 18 g/mL

% masa volumen = 18 % m/v

4. Mezclas y diluciones

4.1 Mezclas

La mezcla de disoluciones nos va a permit ir observar los cambios que ocurren entre éstas.Supondremos que ambas disoluciones son dist intas y que no dan origen a un compuestonuevo. Presentemos algunas observaciones previas:

- Recordemos que los volúmenes no son adit ivos (no se pueden sumar, salvo que tenganigual densidad).

- Podemos hacer adición sólo con masas y cant idad de sustancia.- La disolución final tendrá una mayor cant idad de sustancia y una mayor masa.- La densidad de la disolución final será dist inta de las disoluciones progenitoras.

4.2 Dilución de una disolución

El término dilución implica hacer menos concentrada una disolución.

Si mantenemos la cant idad de moles constante en una disolución, podremos afirmar que:

- Un aumento del volumen implica una disminución de la concentración.- Una disminución del volumen implica un aumento de la concentración.

La expresión que nos da cuenta de esta variación es la siguiente:

Donde los subíndices 1 y 2 indican situación inicial y final, respect ivamente.

Veamos un ejemplo

Calcular la concentración final, de una disolución que t iene una concentración inicial de 0,3M en un volumen de 150 mL a la que se le agrega agua hasta completar un volumen de 600mL.

Respuesta:

Se observa que un aumento del volumen disminuye la concentración, lo que es correctorespecto a observaciones hechas anteriormente.

5. Solubilidad

En este capítulo, abordaremos la formación de compuestos que en un disolvente no sedisuelven completamente. El término que nos permit irá explicar tal suceso es la solubilidad.

La solubilidad es la masa máxima de soluto que puede ser disuelta en una masa dedisolvente.

Vamos a dist inguir t res casos:

1. Cuando el disolvente puede seguir disolviendo al soluto, se dice que la disolución estáinsaturada.

2. Cuando el disolvente no puede disolver más al soluto, se dice que la disolución estásaturada (se llega a un máximo).

3. Cuando el disolvente es forzado a disolver una gran cant idad de soluto, se dice que ladisolución está sobresaturada.

El primer caso es una situación estable, el segundo medianamente estable y la últ imasituación es inestable.

Las unidades que se usan para expresar solubilidad son g y mL (unidades de masa yvolumen). Esto quiere decir que en un cierto volumen de disolvente habrá disuelta una masadeterminada de soluto. Sin embargo, la solubilidad no debiera llevar unidades dado que se usala dimensión de masa para disolvente y para soluto. Luego, la solubilidad es adimensional.

Veamos un ejemplo:

Calcular la solubilidad de KNO3 si se han disuelto, como máximo, 35 g de sal en 100 mL deagua, a una temperatura de 35 °C.

Solución:

Esto significa que en 100 mL de agua se disolverán como máximo 35 g. Luego, ladisolución está saturada.

Si hubiera 30 g, la disolución estará insaturada y si hubiera 38 g, estará sobresaturada.

Ut ilizando la densidad del agua (1 g/mL), tenemos:

Este valor puede llevarse a porcentaje, entonces:

0.35 x 100% = 35%

Lo que nos informa que sólo un 35% del KNO3 estará disuelto en la masa de disolventeque se indique.

Para el Pb(NO3)2 , a 20 ºC, la masa máxima que se disuelve es 50 g en 100 g de disolvente.Por lo tanto, la solubilidad es 0,5 o 50% .

6. Factores de solubilidad

Los factores son las variantes en el proceso que pueden modificar la solubilidad de unsoluto en un disolvente determinado.

En este caso, los factores que intervienen en la solubilidad son:

- Temperatura

- Naturaleza química- Presión

6.1 Temperatura

Si el disolvente es líquido y el soluto es sólido, un incremento de la temperatura hará queaumente la solubilidad del soluto. Si hay disminución de la temperatura habrá una menor masapor disolver. Esto se puede explicar a t ravés del estado del líquido. A medida que aumenta latemperatura, el disolvente pasará al estado gaseoso y si disminuye, pasará al estado sólido,dificultando o permit iendo la solubilidad del soluto.

Si el disolvente es líquido y el soluto es gas, un incremento de la temperatura hará quedisminuya la solubilidad. Puesto que el soluto escapará de la disolución. Por el contrario, unadisminución de temperatura, hará que aumente la solubilidad de la disolución.

Si el disolvente es líquido y el soluto es líquido, un incremento de la temperatura hará queaumente la solubilidad. Sin embargo, en este caso, la gran mayoría de las disoluciones t ieneuna solubilidad muy grande sin siquiera una variación de la temperatura.

6.2 Naturaleza química

Si el soluto es un electrolito, éste tendrá una mejor solubilidad en un disolvente polar.

Si el soluto es un no electrolito, éste tendrá una mejor solubilidad en un disolvente apolar.

En general, si el soluto no está en un disolvente de iguales característ icas su solubilidadse verá afectada, incluso no podría ser disuelto.

6.3 Presión

La presión influye en aquellas disoluciones en donde el soluto o disolvente es gas,principalmente.

Si hay un aumento de presión, el volumen disminuirá y la solubilidad del compuestoaumentará; en caso contrario decrecerá.

7. Característ icas de las disoluciones en solubilidad

Para nuestro estudio el disolvente será líquido (agua) y el soluto será sólido (una salternaria o binaria). El soluto será disuelto en el disolvente obteniéndose tres t ipos dedisoluciones.

7.1 Disolución total

Se produce cuando, a simple vista, se ve una sola fase (líquida). Esto quiere decir que eldisolvente fue capaz de disolver completamente al soluto. El soluto es muy soluble en dichodisolvente.

7.2 Disolución parcial

A simple vista, se ve un residuo en el fondo del recipiente que lo cont iene. Esto significaque hay dos fases (líquida y sólida). En consecuencia, el disolvente no disuelve todo el soluto,sólo una parte de él. El soluto es parcialmente soluble en dicho disolvente.

7.3 Disolución no total

En este caso vemos, que el disolvente no ha disuelto al soluto. Se dice que el soluto no essoluble para ese disolvente o insoluble.

7.4 Reglas de solubilidad

1. Todas las sales de Na+, K+ y NH4+ son solubles.

2. Todos los NO3-, NO2

-, ClO4-, ClO3

-, MnO4-, Cr2O7

-2 y CH3COO- son solubles (el CH3COOAges poco soluble).

3. Todos los Cl, Br, l y SCN son solubles, excepto los de Pb+2, Ag+, Hg+2 (PbCl2 es soluble enagua caliente).

4. Todos los sulfatos (SO4-2) son solubles excepto los de Ba+2, Sr+2 y Pb+2 (los de Ag+, Hg+2 y

Ca+2 son un poco solubles).5. Todos los O-2, S-2 y OH- son insolubles excepto los de Na+, K+, NH4

+, Ca+2, Ba+2 y Sr+2.6. Todos los CO3

-2, PO4-3, SO3

-2, AsO4-3, AsO3

-3 , BO3-3, F- y SiO3

-2 son insolubles excepto losde Na+, K+ y NH4

+.7. Todos los C2O4

-2 son insolubles excepto los de Na+, K+, NH4+ y Fe+2 (MgC2O4 es un poco

soluble).

8. Propiedades coligat ivas

El análisis químico de un líquido puro y de una disolución cuyo disolvente es ese líquido,revela que la presencia de un soluto no volát il provoca cambios en el comportamiento dellíquido. Tales cambios reciben el nombre de propiedades coligat ivas.

Los cambios de comportamiento del disolvente provocados por la presencia de un solutono volát il se deben únicamente al número de part ículas dispersas y no dependen de lanaturaleza del soluto.

8.1 Presión de vapor (tonoscopía)

Es la propiedad coligat iva que corresponde a la disminución de la presión de vapor de unlíquido provocada por la presencia de un soluto no volát il.

Un ejemplo práct ico que permite comprender el concepto de presión de vapor se puederealizar colocando un poco de cloroformo dentro de un vaso de precipitado y cubriendo el vasocon una campana de vidrio. Se puede observar que al cabo de un t iempo el nivel de cloroformoen el vaso baja y se estabiliza en un cierto punto.

El nivel de cloroformo disminuye porque, inicialmente, algunas moléculas t ienen energíasuficiente para pasar al estado de vapor. El vapor en el interior de la campana pasa a ejerceruna presión, que es denominada presión de vapor. Algunas moléculas const ituyentes delvapor chocan con la superficie del líquido, retornando a éste ya que se condensan. En el inicio,la velocidad de evaporación es mayor que la velocidad de condensación por lo cual el nivel decloroformo en el vaso va bajando. A medida que la cant idad de vapor aumenta, la velocidad deevaporación va disminuyendo y la de condensación aumentando, hasta que se igualan.Cuando esto ocurre, se dice que fue alcanzado el equilibrio entre el líquido y el vapor (equilibriodinámico).

Una vez alcanzado este equilibrio, el nivel del cloroformo se estabiliza y a part ir de esteinstante, el interior de la campana se encuentra saturado de vapor, que ahora ejerce la máximapresión de vapor posible. Dicha presión se ve incrementada por un aumento de latemperatura del sistema y depende de la naturaleza volát il del líquido, es decir, a mayorvolat ilidad mayor será la presión de vapor.

En el estudio de la presión de vapor o tonoscopía son muy importantes los t rabajos deFrançois Raoult (1830-1901). Este cientí fico estudió la relación entre la presión de vapor dellíquido en la disolución y la concentración de ésta, llegando a establecer la ley de Raoult , quedice que “La presión de vapor de un líquido como disolvente en una disolución es igual alproducto de la presión de vapor de ese líquido puro (P0) dividido por los moles del líquido endisolución”.

La variación de la presión de vapor de una disolución se puede calcular según la relación:

Ejercicio

La presión máxima de vapor del agua pura, a 20 °C, es de 17,54 mm Hg (P0).Si se disuelven 36 g de glucosa (MM glucosa = 180 g/mol) en 500 g de agua (MM agua =

18 g/mol). ¿Cuál será el descenso absoluto de la presión de vapor de la disolución? (constantetonoscópica agua (Kt) = 0,018)

8.2 Punto de ebullición (ebulloscopía)

Es la propiedad coligat iva que corresponde a la elevación del punto de ebullición de unlíquido provocada por la presencia de un soluto no volát il.

Un líquido entra en ebullición (hierve) cuando ocurre la formación de un gran número deburbujas de vapor que suben a la superficie. Esto sucede cuando la presión de vapor dellíquido (P) es mayor que la presión atmosférica (P atm).

A nivel del mar, la presión atmosférica es de 760 mm Hg (1 atm), por lo cual el agua hiervea 100 °C. A presiones menores, el agua entra en ebullición a temperaturas mas bajas. Elfenómeno opuesto sucede cuando la presión aumenta por sobre la atmosférica, en el cual elagua hierve a temperaturas mayores a 100 °C. Esta propiedad es aprovechada en las ollas apresión, ya que en su interior existe una presión mayor que la atmosférica, por lo tanto, el aguava a hervir a mayor temperatura haciendo que los alimentos se cocinen más rápidamente.

Este hecho puede ser aplicado para otras sustancias, ya que cuanto más volát il sea ellíquido, mayor será su presión de vapor y, por lo tanto, menor será su punto de ebullición.

Si se aumenta un soluto al líquido, la presión de vapor disminuye, aumentando, enconsecuencia, la temperatura de ebullición del líquido.

La ebulloscopía también fue estudiada por Raoult (1830-1901). Sus invest igaciones secentraron en la relación que exist ía entre el efecto ebulloscópico y la concentración de ladisolución, llegando a concluir que “La elevación del punto de ebullición de un líquido,provocada por la presencia de un soluto no volát il, es directamente proporcional a la molalidadde la disolución”.

Ejercicio

Diez gramos de una sustancia, de masa molar 266 g/mol, fueron disueltos en 500 g detetracloruro de carbono. ¿Cuál es la temperatura de ebullición de la disolución, bajo presiónnormal? (Datos relat ivos al tetracloruro de carbono: Constante ebulloscópica del tetraclorurode carbono (Ke) = 5,32; Temperatura de ebullición del tetracloruro = 77° C bajo presiónnormal).

8.3 Punto de congelación (crioscopía)

La crioscopia es una propiedad coligat iva que indica el descenso del punto de congelaciónde un líquido, provocado por la presencia de un soluto no volát il.

La adición de un soluto disminuye la presión de vapor del líquido, en consecuencia, latemperatura de ebullición del líquido aumenta y la de congelación disminuye. Esta propiedadse aplica a los líquidos ant icongelantes, ut ilizados comúnmente en los radiadores de losautomóviles en climas muy fríos, la sustancia ant icongelante que se ut iliza es el et ilenglicolque hace descender la temperatura de congelación del agua del radiador hastaaproximadamente -35°C.

Raoult (1830-1901) también estudió la relación entre el efecto crioscópico y laconcentración de la disolución, enunciando otra ley. “El descenso de la temperatura decongelación de un líquido, provocada por la presencia de un soluto no volát il, es directamenteproporcional a la molalidad de la disolución”.

Ejercicio

¿Cuál es la temperatura de congelación de una disolución conteniendo 8,9 g de antraceno(C14H10) en 256 g de benceno? (temperatura congelación del benceno puro = 5,42 °C, Kcbenceno = 5,12, masa molar antraceno = 178 g/mol).

Punto triple del agua

Es un punto específico en que el agua puede exist ir simultáneamente bajo la forma dehielo, líquido y vapor de agua. Las condiciones de este triple estado se establecen bajouna presión de 4,579 mm Hg y de 0,0098 °C.

8.4 Presión osmótica (osmometría)

La presión osmótica es la presión que se debe ejercer sobre la disolución paraimpedir su dilución, cuando pasa un disolvente puro, a través de una membranasemipermeable.

Esta propiedad fue estudiada por el químico holandes Jacobus Van´t Hoff (1852-1911)quien llegó a la conclusión de que la ecuación de la presión osmót ica es igual a la ecuación delos gases perfectos.

PV = nRT

en que P es la presión osmót ica de la disolución, V el volumen de la disolución, n lacant idad de moles de soluto, R la constante general de los gases y T la temperatura absolutade la disolución.

El efecto de la presión osmót ica es ut ilizado en numerosas aplicaciones entre las cualesse pueden destacar la desalinización del agua de mar. Este proceso consiste en la remociónde la sal mediante la osmosis inversa, es decir, el agua hace el camino inverso al natural, poraplicación de una presión superior a la osmót ica. Una de las dificultades de este proceso es la

obtención de membranas semipermeables que resistan las altas presiones. Este t ratamientodel agua de mar se realiza en regiones donde las fuentes de agua dulce son escasas, como enmedio oriente.

Otra aplicación de la presión osmót ica se da en la industria alimentaría, en la cual, laosmosis es empleada para producir charqui o carne salada, este producto se obt iene agregando sal gruesa sobre la carne fresca, puesto que la sal común t iene un gran efectohigroscópico, es decir, atrae el agua. Esta propiedad de la sal común (NaCl) permite ladeshidratación de la carne por lo que se conserva durante mucho t iempo en buen estado, yaque al tener un bajo porcentaje de agua, no permite el desarrollo de microorganismos.

Como la presión osmót ica depende de la concentración de la disolución, cuando dosdisoluciones presentan la misma presión osmót ica, se denominan isotónicas.

Ejercicio

Determine la presión osmót ica, a 27 °C de 2 lit ros de una disolución acuosa que cont iene12 g de urea (masa molar urea = 60 g/mol) Datos: R = 0,082 atm L/K mol

CAPÍTULO 5: QUÍMICA AMBIENTAL

En un ecosistema la materia es ut ilizada una y otra vez en forma cíclica (Ciclos de nutrientes).En cambio, la energía es empleada una vez. Ésta se pierde a lo largo de las etapas señaladasanteriormente en forma de calor o t rabajo y, por lo tanto, no puede volver a ser ut ilizada,necesitándose, en consecuencia, un nuevo aporte de ella.

Aprendizajes esperados• Conocer los diversos ciclos de nutrientes.• Reconocercontaminantesfísicosyquímicos y sus implicancias.• Valorar el cuidado por el Medio Ambiente.

1. Flujo de materia y energía en el ecosistema

En un ecosistema se pueden dist inguir cinco etapas fundamentales dentro del flujo demateria y energía que en él se desarrolla:

• Incorporación de energía y compuestos inorgánicos.• Creación de materia orgánica a part ir de la materia mineral y de la energía (plantasverdes).• Consumo de esta materia orgánica por aquellos seres vivos incapaces de producirla(herbívoros y carnívoros).• Desintegración de la materia orgánica hasta llevarla nuevamente al estado decompuestos inorgánicos.• Transformación de estos componentes inorgánicos en otros compuestos minerales quepuedan ser aprovechados por los productores de materia orgánica.

En un ecosistema la materia es ut ilizada una y otra vez en forma cíclica (ciclos denutrientes). En cambio, la energía es empleada una vez. Ésta se pierde a lo largo de las etapasseñaladas anteriormente en forma de calor o t rabajo y, por lo tanto, no puede volver a serut ilizada, necesitándose, en consecuencia, un nuevo aporte de ella. La energía que provienedel sol es captada por los organismos fotosintét icos y, a part ir de ellos, pasa a los restantesorganismos que componen una cadena aliment icia, formándose una especie de corriente querecibe el nombre de flujo de energía.

1.1 Ciclos de los nutrientes

La energía que los seres vivos incorporan a sus organismos a t ravés de la nutrición debeser liberada en parte, con el fin de ser ut ilizada por ellos.

El desprendimiento de la energía, ocurre en el interior de la células del organismo, enpresencia del oxígeno. Este proceso, común a todo ser viviente, se denomina combust ión uoxidación de los alimentos.

A través de las cadenas aliment icias no sólo circula la energía sino también, la materia.Esta materia describe ciclos en su recorrido, es decir, unos circuitos que afectan tanto a losseres vivos como a los componentes no vivos de la biosfera. Por esta razón, se denominanCiclos de Nutrientes.

1.1.1 Ciclo del agua

El agua es indispensable para los seres vivos. Si bien el componente hídrico de losorganismos es variable, está siempre dentro de unos porcentajes elevados.

Si, por falta de suministro, la cant idad de agua de una célula disminuye por debajo del nivelmedio, aumenta el peligro de muerte por deshidratación. Por ello, el ciclo del agua es uno de losmás importantes y es el único que se produce exclusivamente a nivel de compuestos.

Las vías de intercambio de agua entre la atmósfera y la superficie de la Tierra son lasprecipitaciones y la evaporación. Las precipitaciones son en forma de lluvia o de nieve, lo quedepende de la temperatura ambiental. El agua caída sobre la superficie terrestre se reúne encorrientes de mayor o menor cauce que circulan hacia las grandes concentraciones acuosas,como lo son los mares, lagos y océanos.

Durante este recorrido cierta cant idad de agua se evapora hacia la atmósfera y otracant idad es tomada por los organismos vivos (animales y vegetales), los que la incorporan a suestructura orgánica. En los vegetales el agua es un producto indispensable para la síntesis dehidratos de carbono. Además, todos los organismos precisan cierta cant idad de agua parallevar a cabo procesos químicos vitales, por lo tanto, el agua es indispensable en los seresvivos no sólo a nivel estructural sino también para hacer posibles las reacciones de síntesis denueva materia viva. Las vías de salida del agua del ciclo, tanto en los vegetales como en losanimales, son la t ranspiración y respiración en las plantas, en tanto los animales eliminan aguamediante la excreción, t ranspiración y la respiración.

1.1.2 Ciclo del carbono

El mundo orgánico también ha sido llamado el mundo del carbono, ya que este elementoes uno de los componentes fundamentales de la materia viva. Se puede considerar que losvegetales verdes desencadenan el ciclo del carbono, ya que son el enlace entre el mundoorgánico y el inorgánico. Ellos t ransforman el carbono del anhídrido carbónico (CO2) en hidratosde carbono (C6H12H12), compuestos que forman parte del organismo humano y le proporcionanenergía.

Los consumidores de primer orden (Herbívoros) incorporan a su organismo el carbonofijado en las plantas. Para ello, realizan el proceso de la digest ión del alimento. Como productode desecho queda anhídrido carbónico (CO2), que es expulsado a la atmósfera durante elproceso de la respiración.

Además, cuando las plantas verdes respiran también expulsan anhídrido de carbonocomo producto de desecho. Al morir los seres vivos sus organismos son atacados químicamente por los descomponedores (hongos y bacterias) y de esta forma rest ituyen elcarbono al suelo en productos tales como carbón, madera, gas natural y petróleo.

1.1.3 Ciclo del nitrógeno

El Nit rógeno presente en la atmósfera se encuentra en estado gaseoso (N2). Sin embargo,en dicho estado, la gran mayoría de los seres vivos no pueden ut ilizarlo. Por lo tanto, esnecesaria una transformación. Los consumidores de primer orden (herbívoros) y segundoorden (carnívoros) obt ienen este producto del alimento que ingieren, ya que los compuestosnit rogenados están presentes en las verduras, carnes y granos.

Los nit ratos son la fuente más común de nit rógeno. Los vegetales los ut ilizan comonutriente mineral que toman del suelo, para t ransformarlos posteriormente en otroscompuestos nit rogenados, tales como proteínas y aminoácidos. La fijación del nit rógenoatmosférico (N2) a nit rato (NO3

-) se realiza gracias a un grupo de microorganismosdenominados fijadores de nit rógeno, formado principalmente por bacterias y algas.

Estas bacterias son del género Rhizobium, las cuales habitan en nódulos en las raíces delas plantas leguminosas (fréjol, alfalfa, maní, t rébol, etc.). Al interior del nódulo estas bacteriasrealizan la t ransformación bioquímica del nit rógeno gaseoso y lo t ransforman en sales denit rato (NO3

-), compuesto que puede ser fácilmente absorbido por los vegetales.

Por esto las leguminosas pueden ser plantadas en suelos marginales (empobrecidos denutrientes) con el propósito de aumentar la fert ilidad de ese suelo.

El nit rógeno es nuevamente incorporado al ambiente mediante los desechos orgánicos(fecas y orina) y por descomposición de plantas y animales, en el cual, gracias a losdescomponedores, son liberados aminoácidos, amoniaco (NH3) y ácido úrico para sernuevamente incorporados al ciclo.

1.1.4 Ciclo del fósforo

Los fosfatos (PO4-3) del suelo se disuelven y se incorporan a las plantas a t ravés de las

raíces. Luego, las plantas son consumidas por los animales, donde desempeñan un importantepapel en la formación del esqueleto, junto con el calcio. Al morir los animales, sus esqueletosenriquecidos con los fosfatos, se incorporan de nuevo al suelo, formando así depósitos de esteelemento. Estos restos de animales llegan también como sedimentos al fondo del mar, desdedonde el fósforo pasa a los peces y luego a las aves marinas, las cuales depositan susexcrementos, ricos en fósforo, en zonas costeras, formando así depósitos llamados “guanode covadera”.

En las costas del Pacífico (Chile y Perú) se encuentran los mayores depósitos de guanodel mundo, el cual es usado universalmente como abono puesto que aumenta la fert ilidad delsuelo. El fósforo es fijado naturalmente por un hongo llamado micorriza, el que se encuentra enla zona de las raíces y es allí donde libera el fósforo en forma de PO4

-3, compuesto que esfácilmente asimilado por los vegetales. En resumen, el hecho de conocer los ciclos denutrientes nos permite manejar mejor los recursos naturales para así favorecer el cuidado delambiente y a su vez lograr una sustentabilidad del medio en que vivimos, t ratando de evitar laut ilización excesiva del suelo, ríos y recursos naturales, que podrían llevar a la desert ificación ya la contaminación ambiental.

2. Contaminación ambiental

El hombre está inserto en un medio, del que depende directamente. Si el medio ambientees tratado con respeto estará asegurándose la vida; si no es así , las consecuencias sonfácilmente predecibles. Por la vert iginosidad, el progreso actual y las modificaciones que hahecho el hombre al medio, éste pasa por momentos crí t icos. Si se pudiese observar el planetadesde el exterior se apreciaría el aspecto tétrico de la polución. ¿Qué está ocurriendo? ¿Cómoenfrentar el problema de la contaminación? En este capítulo se analizarán algunos conceptosrelacionados con la contaminación.

El medio ambiente está const ituido, básicamente, por t res sustancias: el aire, el agua y elsuelo, los cuales cont ienen una composición química determinada. Cada vez que se leagregan sustancias extrañas o se está variando esta composición normal, se presenta unproblema de la contaminación.

2.1 Aire

El aire es una mezcla de gases considerada de suma importancia para los seres vivos.Para confirmar esto, basta saber que en forma aproximada, el hombre consume diariamente15 kg de aire contra 2,5 L de agua y 1,5 kg de alimentos.

2.1.1 Componentes del aire

Normalmente el aire está compuesto como muestra la tabla:

El aire se contamina si varía esta composición normal o presenta part ículas extrañasdisueltas en él.

2.1.2 Contaminantes del aire

El Consejo de Europa define esta contaminación:… “Hay polución del aire cuando lapresencia de una sustancia extraña o la variación importante en la proporción de susconstituyentes, es susceptible de provocar efectos perjudiciales o de crear molestias,teniendo en cuenta el estado de los conocimientos científicos del momento”…

La organización mundial para la salud (OMS) indica cuáles son los niveles decontaminación del aire. Entre las fuentes naturales de contaminación del aire están el polvo, elpolen, act ividad volcánica, incendios forestales, polvo cósmico, etc. Dentro de las fuentesart ificiales de contaminación se incluye la provocada por el hombre y su accionar, tales comolos productos químicos esparcidos por automóviles, fábricas, vertederos de basura, etc. Dentrode los contaminantes art ificiales destacan los anhídridos de azufre, anhídridos u óxidosácidos de carbono y los óxidos ácidos de nitrógeno.

• Anhídridos de Azufre: El Anhídrido sulfuroso y sulfúrico: En los combust ibles fósiles hay trazas de azufre; este elemento al combust ionarseforma el SO2 y éste, al combinarse con agua produce H2SO4 (ácido sulfúrico) el cual esaltamente peligroso pues genera la corrosión de metales y causa la lluvia ácida. Parasolucionar estos problemas, se propone tratar los anhídridos sulfúricos y sulfurosos consales de calcio que precipitan formando sulfitos (-atos) de calcio donde su peligrosidad seve reducida.

• Óxidos ácidos de carbono: El anhídrido carbónico (CO2) se produce cuando secombust ionan completamente los combust ibles orgánicos (petróleo, carbón, madera), ymediante la respiración animal y vegetal. Es un gas más pesado que el aire y supeligrosidad es relat iva, ya que es usado como materia prima para la fotosíntesis por losvegetales, reduciéndose así en forma natural. (En grandes cant idades y en lugarescerrados es tóxico).

• El monóxido de carbono (CO) es un gas incoloro, inodoro e insípido producido en lascombust iones incompletas o eliminado por la acción de volcanes. Este gas es altamentepeligroso, pues forma con la hemoglobina de la sangre la carboxihemoglobina, compuestoquímico muy estable; de ahí su peligrosidad (hipoxia celular).

Para disminuir la producción de CO por parte de los automóviles se propone usar aireenriquecido en oxígeno (mayor contenido de O2 para la combust ión interna del automóvily así sólo queda transformado en CO2)

• Anhídridos de Nitrógeno: Los anhídridos de nit rógeno, dentro de los cuales secuentan anhídridos nit roso y ní t rico, se producen al combust ionar el aire o por efectosnaturales como las tormentas eléctricas. Estos gases, al actuar con el agua, puedenformar ácidos nit roso y ní t rico que formarán parte a su vez de la acidez del aire y de lasllamadas lluvias “ácidas”.

• Clorofluorocarbonos (CFC): Los CFC son compuestos volát iles que se ut ilizaronmasivamente como refrigerantes y propelentes de aerosoles, aparentemente noconst ituían peligro ambiental, pero exhaust ivos estudios demostraron que suconcentración a nivel de la estratosfera genera degradación de la capa de ozono, conel consiguiente adelgazamiento de dicha capa. Vale recordar que el ozono esfundamental en la protección de la vida en el planeta, ya que filt ra la mayor parte de lospeligrosos rayos ult ravioleta (UV) que llegan a la t ierra, evitando con ello mutaciones yalteraciones en el material genét ico de los seres vivos.

2.1.3 Contaminación del aire

Cuando el aire sufre un cambio en su composición, provoca efectos desfavorables para lasalud humana y el medio ambiente. Los agentes contaminantes culpables de estasconsecuencias, pueden ser de origen natural, que es producida por fenómenos naturales comoerupciones volcánicas, incendios forestales, vientos. Y de origen art ificial, producida porprocesos industriales, plantas termoeléctricas, vehículos y en hogares.

Los dist intos t ipos de contaminación son:

a. Smog

Proviene de la palabra inglesa smog (smoke: humo y fog: niebla). Es un t ipo decontaminación que se da en algunas ciudades, por ciertos contaminantes junto condeterminadas circunstancias climatológicas.

• Industrial o gris: producido en ciudades frías y húmedas en las cuales se quemabangrandes cant idades de carbón y petróleo pesado con mucho azufre, en instalacionesindustriales y de calefacción. Por tanto, el principal gas contaminante es el dióxido deazufre.

• Fotoquímico o pardo: producido en ciudades cálidas y secas en las cuales productode la radiación solar se producen reacciones entre los principales gases, tales como elóxido de nit rógeno (NOx) e hidrocarburos volát iles (COV`s).

b. Lluvia ácida

Contaminación asociada al uso de combust ibles fósiles por la emisión principalmente dedióxido de azufre. También se asocia a las centrales térmicas generadoras de energíaeléctrica, motores a combust ión interna que producen óxidos de nit rógeno y en menor medidade óxidos de carbono. Estos contaminantes interactúan con la precipitación, como se muestraen las siguientes reacciones:

La mayor concentración la presenta el ácido sulfúrico (H2SO4), luego los ácidos denit rógeno (HNOx) y finalmente el ácido carbónico (H2CO3).

Esta contaminación produce principalmente acidificación de los suelos y de las aguas,afectando los cult ivos, las construcciones y en general el equilibrio de la naturaleza.

c. Adelgazamiento de la capa de ozono

La capa de ozono es la encargada de absorber la radiación ult ravioleta, a t ravés, de laconstante destrucción y formación de las moléculas de ozono que ocurre de forma natural ydinámica en la estratósfera.

Por tanto, esta contaminación se encarga de degradar la capa de ozono, debido a laacumulación de cloro en la estratósfera, produciendo así una mayor destrucción que formaciónde la capa.

Por otro lado, el cloro que proviene de la descomposición de clorofluorocarbonos (CFC),conocidos industrialmente como freones, ocurre gracias a la acción de la luz solar sobre ellos.Estos CFC`s se ut ilizaron ampliamente en aire acondicionado, aerosoles, espuma de embalaje,etc.

El mecanismo de la reacción es el siguiente:

El cloro act ivo es capaz de destruir más de 100.000 moléculas de Ozono.

d. Efecto invernadero

La energía que proviene del sol es la encargada de regular el clima del planeta. Estaenergía también se encarga de aumentar la temperatura de la t ierra, lo que permite que existavida en el planeta.

Cuando la radiación llega desde el sol, solo una parte es absorbida y la otra es reflejada devuelta al espacio exterior. Los gases encargados de atrapar parte de esta energía son el vaporde agua, dióxido de carbono, metano, óxidos de nit rógeno, CFC`s, etc.

La contaminación se produce cuando estos gases de invernadero aumentan suconcentración, principalmente el dióxido de carbono (CO2), atrapando más de la energíanecesaria, t ransformándose en un calentamiento global.

La consecuencia es el aumento de la temperatura global del planeta, que trae consigo eldeshielo de los glaciares pudiendo producir un aumento de las aguas oceánicas einundaciones en ciudades costeras. También importantes cambios climát icos con gravesimplicaciones para la product ividad agrícola.

3. Agua

Tres cuartas partes del planeta están ocupadas por agua ya sea en estado sólido, líquidoo gaseoso, ya que es la única sustancia química que t iene esa propiedad. Normalmente elagua t iene un flujo circular en nuestro planeta.

Con el crecimiento de la población y el surgimiento de la act ividad industrial, lacontaminación de ríos, lagos, aguas subterráneas y mares aumenta constantemente.

La OMS define la contaminación de las aguas dulces como… “Debe considerarse el aguacontaminada cuando su composición o su estado están alterados de tal modo que no reúnelas condiciones de uno u otro o al conjunto de ut ilizaciones a los que se hubiera dest inado enestado natural”…

3.1 Estructura molecular del agua

El siguiente cuadro presenta la estructura del agua:

3.2 Propiedades del agua

El agua, un líquido a temperatura ambiente, posee propiedades muy part iculares que lahacen muy dist inta a otros compuestos.

3.2.1 DensidadTiene la part icularidad que en forma sólida t iene menor densidad que en forma líquida, es

por eso que el hielo flota sobre el agua. Esto se debe al ordenamiento que sucede en estadosólido, ocupando mucho más volumen, es decir, en vez de contraerse se expande alsolidificarse. Por otro lado, la máxima densidad del agua se produce a una temperaturacercana a 3,98 ºC y 1 atmósfera de presión, y su valor es de 1 g/cm3.

3.2.2 Tensión superficial

Se define como la cant idad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidadde área, por tanto, el líquido t iene una resistencia para aumentar su superficie. Sin embargo,está más relacionado con las fuerzas intermoleculares que se establecen en la superficie decualquier líquido, en el caso del agua estas fuerzas son muy mayores que en otros casos,debido a las fuerzas de atracción producto de los puentes de hidrógeno que se establecen.Esto explica el hecho de que los insectos puedan flotar sobre el agua, como también la formaesférica de las gotas.

La tensión superficial también actúa cuando los líquidos entran en contacto con lassuperficies sólidas, y esto da lugar a la Capilaridad, que es la capacidad de un líquido de poderascender por las paredes de un tubo minúsculo.

3.2.3 Calor específico

Esta propiedad es la capacidad que t iene el agua de poder absorber grandes cant idadesde calor, sin que varíe mayormente sus propiedades. El gran valor de su calor especifico, de 1cal/g ºC, hace a este líquido muy atract ivo para enfriar procesos industriales, debido a su grandisponibilidad en las zonas costeras.

3.3 Tipos de contaminación

3.3.1 Aguas durasEn forma natural el agua se puede contaminar debido a su gran poder disolvente. Las

aguas duras poseen altas concentraciones de calcio y de magnesio.

Estas aguas al ser ut ilizadas reaccionan con el jabón o los detergentes, formandocoágulos insolubles y escamas, en vez de producir la espuma esperada, y las tuberías vansiendo obstruidas por las escamas que deja el paso de éstas.

3.3.2 EutrofizaciónEs la forma art ificial de contaminación del agua. Producida principalmente por un exceso

de nutrientes provenientes de act ividades industriales, domést icas y agrícola, por el uso defert ilizantes y detergentes. Estos compuestos aumenta la concentración de fosfato (PO4

-3) ynit rato (NO3

-) provocando un aumento excesivo de microalgas en la superficie de ríos y lagos.Este fenómeno con el t iempo hace disminuir drást icamente el nivel de oxígeno disuelto en elagua producto de la respiración de las microalgas, lo que provoca la muerte de la faunaacuát ica.

Otros t ipos de contaminación art ificial de agua son:

a. Los desechos orgánicos no t ratados cont ienen una gran cant idad demicroorganismos, tales como virus, bacterias, hongos, etc., que provocan enfermedadesinfectocontagiosas, como fiebre t ifoidea, cólera, hepat it is, etc.

b. Los organismos en descomposición, principalmente cadáveres de animales o

vegetales, al llegar a las aguas son atacados por bacterias que ut ilizan oxígeno paradescomponerlos. Ello lleva al agotamiento del oxígeno disuelto, limitando la vida acuát ica.Alternat ivamente ocurren procesos anaeróbicos que producen desechos como el ácidosulfúrico.

c. Metales pesados tales como el mercurio, el cadmio, el plomo y el níquel usados en laindustria química de plást icos (zincados, pinturas y aceites, respect ivamente) pasan aformar parte de la cadena aliment icia de peces y de allí al hombre, al que provocarándaños cerebrales, renales, cáncer pulmonar e incluso la muerte.

d. Pest icidas usados en la agricultura para atacar plagas de insectos son arrastrados porlas lluvias y así entran en las cadenas aliment icias, dañando obviamente la salud delhombre; mención especial t iene el DDT (dicloro difenil t ricloroetano) cuyo uso ha sidoprohibido porque se incorpora al protoplasma, donde no es simplificado. En un t iempo secreyó que el DDT era un pest icida ideal ya que las plagas disminuían considerablemente.Sin embargo, las consecuencias posteriores eran bastante dañinas pues el DDT pasaba alas frutas, hortalizas, agua, y de allí a la cadena aliment icia donde se encuentra el hombre.

3.4 Potabilización del agua

La potabilización del agua se realiza en plantas de tratamiento, en las cuales se recibe elagua desde el curso de los ríos. Ésta se somete a un proceso de filt ración y t ratamiento y,luego se distribuye a los hogares. En el proceso de Potabilización se dist inguen las siguientesetapas:

a. TamizadoConsiste en impedir el paso tanto de objetos sólidos como de seres vivos (peces,

moluscos, etc.), poniendo una gran malla metálica en la toma de agua.

b. Tratamiento previo con cloro

Se agrega cloro al agua. Este desinfectante mata a los microorganismos que puedenproducir enfermedades tales como la fiebre t ifoidea, hepat it is y el cólera.

c. Coagulación o floculación

Se agregan al agua ciertos productos químicos que logran ret irar la suciedad y otraspart ículas sólidas en suspensión. Estos productos son el sulfato de aluminio (Al2(SO4)3) y elhidróxido de calcio (Ca(OH)2) que al ser vert idos en el agua, reaccionan entre sí y formanhidróxido de aluminio (Al(OH)3), que es una sustancia pegajosa similar a la gelat ina y queatrapa las part ículas suspendidas en el agua.

d. Precipitación

Es el proceso en el cual las part ículas y suciedad atrapadas en la coagulación caen alfondo de los estanques por acción de la gravedad.

e. Filt ración

Aquí se ret ira gran parte de las impurezas que se mant ienen todavía en el agua despuésde la coagulación y de la sedimentación por medio de un filt ro de arena y piedras.

f. Tratamiento final con cloro y flúor

Se le agrega cloro por últ ima vez, ajustando la concentración para proteger el agua de lacontaminación por bacterias.

El agua obtenida así es apta para consumo humano, ya que cont iene cant idades

adecuadas de sales, cloro y flúor (en algunas ciudades, para la protección dental). El aguapotable es por definición un agua libre de microorganismos indeseables. Todas estascaracteríst icas hacen del agua potable un líquido inodoro, insípido e incoloro.

4. Suelo

El suelo es un recurso natural que se ha formado a t ravés de miles de años,conjuntamente con los procesos geomorfológicos, es decir, la evolución natural de la litosfera.

4.1 Componentes del suelo

a. Fracción mineral

La parte mineral de todos los suelos procede de las rocas y se originan por lastransformaciones físicas, químicas y biológicas de ellas. La desintegración progresiva de lasrocas ocurre por la acción de agentes físicos de erosión como el agua, el viento y los cambiosde temperatura.

b. Agentes físicos

El agua, al correr entre las fisuras de las rocas, va disolviendo y t ransportando susminerales más solubles. El viento desprende y levanta pequeños trozos de roca y las muevehacia otros lugares. El calor irradiado por el sol durante el día , hace que las rocas se dilaten,mientras que en la noche, se enfrían y contraen. Con este cambio de temperatura, las rocas seagrietan y rompen en trozos más pequeños.

c. Agentes químicos

El agua, el dióxido de carbono (CO2) y el oxígeno se infilt ran en el terreno para producirreacciones químicas de hidratación, carbonatación y oxidación respect ivamente, formandonuevos compuestos que hacen variar la composición química del suelo.

d. Agentes biológicos

Existe una gran cant idad de organismos microscópicos que ejercen su acción formadorade suelo. Por ejemplo, las raíces de plantas y árboles que rompen las rocas al crecer entreellas, también están los musgos y líquenes que secretan sustancias que disuelven parte delas rocas y las fragmentan, para obtener así nutrientes para su crecimiento y desarrollo.

e. Fracción orgánica

En el suelo, además de minerales, existen organismos y materia orgánica endescomposición tanto de hojas y ramas como heces y cadáveres de animales. Estos restosorgánicos se distribuyen en la superficie del suelo y se van descomponiendo lentamente hastaformar el humus, un residuo negro que se va mezclando con la fracción mineral para dar origenal suelo.

En suma, el suelo está compuesto de materia orgánica y mineral. Por su naturalezaporosa deja que penetre el agua y aire en cant idades variables dependiendo de la naturalezadel suelo.

4.2 Estructura y t ipos de suelo

a. Estructura del suelo

El suelo está formado por part ículas de diferente tamaño, producto de la fragmentaciónde rocas. Así de acuerdo con el tamaño de las part ículas en orden creciente se puedenclasificar de la siguiente manera.

Las part ículas de suelo se distribuyen en cuatro grandes capas, a dist intos niveles deprofundidad, estas capas se denominan horizontes y se designan con letras mayúsculas (A, B,C y R), al conjunto de capas del suelo se le llama perfil.

- Horizonte A: Es la primera capa del suelo y en ella se acumula materia orgánica,formándose el humus, si esta capa presenta abundante materia orgánica se presentaráde color negro y de consistencia húmeda.

- Horizonte B: Es una capa fundamentalmente de origen mineral.

- Horizonte C: Está formado por restos de rocas fragmentadas.

- Horizonte R: Es la capa más profunda del suelo y está formada por la roca madre, queorigina los demás horizontes.

b. Tipos de suelo

Considerando los materiales que predominan en su composición, los suelos pueden serrocosos, arenosos, arcillosos y orgánicos.

- Rocosos: No t ienen horizonte A y B, por lo que la roca aparece en la superficie. Sonduros e impermeables, por lo cual aparecen secos.

- Arenosos: Debido a que sus part ículas están muy sueltas, son suelos porosos ypermeables que dejan pasar el agua con facilidad, pero no ret ienen la humedad.

- Arcillosos: Tienen una textura blanda, son más compactos que los arenosos, sonmenos permeables y ret ienen más la humedad.

- Orgánicos: Poseen materia orgánica en abundancia, son permeables y esponjosos, porlo que ret ienen una cant idad de humedad que los hace especialmente fért iles.

4.3 Degradación de suelos

La degradación erosiva de los suelos es en la actualidad uno de los procesos másrelevantes dentro de las act ividades humanas involucradas con la agricultura, silvicultura yminería. Si bien la erosión es un proceso natural mediado por agentes ambientales como elviento y la lluvia, esta se ha visto favorecida en los dos últ imos siglos por la acción antrópica.

En el proceso de erosión, se extraen y t ransportan las capas superficiales del suelo(horizontes A y B principalmente), ocasionando la pérdida del arraigo físico para los vegetalesy plantas generando en el corto plazo el fenómeno de desert ificación, que puede incluso llevara la pérdida completa de ecosistemas.

4.3.1 Erosión eólica

Es la degradación efectuada por el viento sobre las part ículas más finas y superficiales delsuelo. Se ve favorecida por la ausencia de vegetación. La erosión eólica t iene dos efectos; laabrasión, que corresponde a la acción de desgaste ocasionado por las part ículas extraídassobre otros suelos y rocas. La deflación se produce cuando el viento levanta los fragmentos desuelo y los deposita en sectores lejanos a donde fueron extraídos.

4.3.2 Erosión marinaEs el principal efecto erosivo y generador de dunas a nivel costero. Este t ipo de

degradación lo genera el mar sobre las rocas del litoral. La erosión que llevan a cabo las olas sedebe en parte al choque del agua sobre las rocas y, también a la abrasión que ejercen losfragmentos que arrastra el agua y que proceden de la misma roca erosionada.

4.3.3 Erosión pluvial y fluvialLa erosión pluvial es la que ejercen las gotas de las aguas lluvias cuando precipitan sobre

el suelo. La masa y la velocidad de las gotas inciden en la magnitud de la erosión, facilitando elproceso la pendiente del sector donde ocurren la precipitaciones.

La erosión fluvial es la que llevan a cabo los cursos de aguas cont inentales (ríos ytorrentes). La energía cinét ica del agua determina la intensidad de la degradación y dependende la energía potencial, así como, de la const itución del suelo sobre el cual fluyen los cursos deaguas.

4.3.4 Erosión glacialEste t ipo de erosión se debe a la acción del hielo, const ituyente de los glaciales, sobre las

rocas de las superficies en la que se encuentran. La degradación es mucho mayor en el fondode la masa de hielo que en los costados, lo que determina el conocido valle glaciar en “U”.Estructuras característ icas que resultan de la erosión glaciar son los circos glaciares, los vallesy los lagos de origen glaciar.

4.3.5 Erosión antrópicaEs la erosión más impactante y rápida en desarrollar, es llevada a cabo, por acciones

culturales humanas, y que se basan, principalmente en la agricultura y la minería con finesnetamente económicos.

El impacto más inmediato es la destrucción de ecosistemas que afectan la flora y faunaprimeramente, y luego al clima, el cual, se ve alterado a mediano plazo transformando latroposfera del planeta (efecto invernadero, lluvia ácida, etc.).

Está claro que la conciencia ecológica de la población se centra primeramente en lapolución del aire y del agua y, en últ imo caso en el suelo.

4.4 Conservación de suelos

El suelo es una ent idad organo-mineral de lento desarrollo (entre 150-500 años), noobstante, las dist intas act ividades humanas facilitan su degradación en un periodo muy cortode t iempo (6 meses a 2 años). Es por esta razón, que se han desarrollado diversos manejos desuelo para permit ir su conservación.

4.4.1 Cult ivos en terrazasSon terraplenes formados por bordes de t ierra que construidos en sent ido perpendicular a

la pendiente del terreno forman escalinatas de cult ivo. Las terrazas fueron propias de lacultura Incaica.

4.4.2 FranjeadoConsiste en sembrar franjas de cult ivos alternados (ejemplo t rigo y poroto), variando así la

velocidad de infilt ración del agua, con lo que se evita su pérdida por escurrimientos,disminuyéndose la erosión del suelo.

4.4.3 Cult ivo en contornoEs el establecimiento de cult ivos siguiendo las curvas de nivel principalmente en cerros y

montes. Ayuda a evitar la formación de cárcavas en suelos con pendientes pronunciadas.

4.4.4 Rotación de cult ivosPráct ica cultural en la cual, el suelo permanece todo el año con una cubierta vegetal que

evita la erosión. La rotación de cult ivos implica efectuar una siembra inmediatamente despuésde otra.

4.4.5 AgrosilviculturaSimilar al franjeado, consiste en alternar cult ivos con franjas de árboles para reducir la

erosión tanto hídrica como eólica, con lo que se estabiliza física y químicamente el suelo.

4.4.6 ReforestaciónEs la medida más empleada en silvicultura para reemplazar las especies extraídas con

fines económicos. La limitante que presenta, es que las especies plantadas no corresponden alas taladas (principalmente nat ivas), con lo cual, se altera el ecosistema reforestado.

La industria química permite el desarrollo y aplicación de tecnologías para que materiasprimas, naturales o art ificiales, puedan ser usadas a favor de la población y su desarrollo. Losprocesos product ivos que involucran la t ransformación de materias primas para obtenerproductos intermedios o finos, son variados.

CAPÍTULO 6: PROCESOS QUÍMICOS INDUSTRIALES

Aprendizales esperados• Conocer los principales procesos químicos industriales.• Reconocer etapas en la industria química de transformación.• Comprender la necesidad de cambiar las fuentes de energía actualmente empleada enlos procesos químicos por otras alternat ivas y menos polut ivas.• Comprender el efecto contaminante v/s factor económico involucrado con los procesosquímicos.

Las industrias químicas fabrican una enorme gama de productos, desde lospetroquímicos básicos tales como el et ileno, propileno y sus polímeros, hasta productosfarmacéut icos y químicos con valor agregado.

La mayoría de los productos químicos son de uso industrial, siendo la misma industria

química su principal consumidor. Los otros grandes consumidores son las industrias detransformación química que generan los productos químicos derivados para el uso cot idianocomo jabones, detergentes, envases de plást ico, cloro, fert ilizantes, perfumes, fibras naturalesy sintét icas para la fabricación de ropa, etc.

1. La industria química

La industria química permite el desarrollo y aplicación de tecnologías para que materiasprimas naturales o art ificiales puedan ser usadas en favor de la población y su desarrollo. Deeste modo, los procesos product ivos que involucran la t ransformación de materias primas paraobtener productos intermedios o finos, son variados.

La principal fuente de materiales es la naturaleza. Los materiales de origen animal, vegetalo mineral se t ratan para su transformación. Estos materiales son la base para el proceso, y seconocen como materia prima. Aquellos productos que no provienen de una materia primanatural y que son preparados por el hombre se denominan materiales sintét icos.

Es posible, de esta forma, diferenciar los productos químicos naturales como aquellosobtenidos directamente de un proceso de extracción y purificación de materia prima naturalcomo el cobre, molibdeno, oro, plata, petróleo, de aquellos productos químicos art ificiales, comoson los derivados del petróleo (gasolina, plást icos, perfumes, etc.)

2. Procesos industriales químicos involucrados en el desarrollo económico

2.1 Fabricación de vidrio

El vidrio es un sólido amorfo, carente de ordenaciones moleculares definidas tal como enun líquido. Por esta razón, se le considera un líquido sobrenfriado. Entonces, cuando se rompe,lo hace en dist intas direcciones sin forma definida alguna.

El vidrio corriente empleado en la fabricación de botellas, vasos, ventanas corresponde aun mezcla de óxido de calcio, carbonato de sodio y principalmente óxido de silicio (arena), quees calentada a temperaturas que superan los 680° C.

El proceso de producción es cont inuo, es decir, por un extremo del caldero se introducenlas materias primas y por otro lado sale el vidrio fundido. Este producto es t raspasado a otroscalderos que mant ienen una determinada temperatura de trabajo (según el t ipo de vidrio aproducir) bajo la cual se t ransfiere a máquinas de moldeo para producción en masa.

Del sí lice procesado, se obt ienen dist intos t ipos de vidrio.

Así, según la conformación o función que éstos cumplan, se pueden clasificar en:

• Tubo de vidrio: corresponde al est irado del tubo de masa fundida, con inyección deaire comprimido intermitente para formar las paredes del tubo.

• Vidrio plano: el proceso de producción se realiza por flotación, lo que permite obtenerun vidrio más procesado y fino. Sus usos se encuentran en vidrios grabados, serigrafía,vidrios aislantes, térmicos y metalizados.

• Fibra de vidrio: la fabricación de fibras cont inuas se realiza por el método de est iradopor hileras o t rafilado. Las fibras son sometidas a t ratamientos de recubrimientosorgánicos y t ratamientos térmicos y son secadas en estufas para generar polímeros deestas fibras. La fibra de vidrio es liviana, resistente a la corrosión y a las altastemperaturas.

• Vidrio hueco: incluye los productos fabricados en forma unitaria, es decir botellas,frascos, recipientes, bombillas para ampolletas, bulbos para televisores, vasos, art ículos deiluminación, adornos, art ículos de laboratorio, etc.

• Fibra ópt ica: fibras de vidrio agrupadas en forma paralela que poseen un alto índice derefracción, separadas por capas delgadas de vidrio de bajo índice de refracción que hacenposible t ransmit ir imágenes a t ravés de ellas. Empleadas en combinación con láseres, lasfibras ópt icas son hoy cruciales para la telefonía de larga distancia y la comunicaciónentre computadoras.

Las desventajas de la fabricación del vidrio corresponden a los contaminantes que generaesta industria y que si bien son leves, contribuyen al incremento de efectos tales como la lluviaácida, smog, efecto invernadero, contaminación del agua, residuos sólidos no biodegradables ycontaminación acúst ica.

2.2 Fabricación del papel

El papel es un material formado por hojas delgadas obtenidas por laminación de una masapastosa (pulpa) compuesta por fibras vegetales de celulosa.

El gran desarrollo del papel se debe a la relación ut ilidad/precio, que le otorga ventajascomparat ivas frente a otros materiales.

La materia prima para la elaboración del papel es la madera que es la fuente primaria delas fibras de celulosa. En esta industria se ocupan dist intos productos químicos para suprocesamiento. Para fabricar una tonelada de papel se necesita cortar 17 árboles de a lomenos 8 años de edad, y en el proceso se producen 30 kilos de contaminantes atmosféricos.En Chile la madera más ut ilizada para la producción del papel es el pino insigne.

La industria del papel consume grandes cant idades de madera y agua cada año,contribuyendo a la deforestación e incremento del efecto invernadero, además aportacontaminantes para la lluvia ácida (gases de azufre y nit rógeno) siendo también responsablede la contaminación de las aguas en los sectores cercanos al lugar de procesamiento, noobstante, en la actualidad se ocupa la tecnología para disminuir los índices de contaminacióny se toman las medidas para reforestar y devolver en parte al medio los recursos extraídos.

El proceso de fabricación de papel consiste en 6 etapas básicas:

1. Los troncos son llevados a la planta de tratamiento primario para ret irarles la corteza.

2. Los troncos descortezados son triturados hasta generar pequeños fragmentosconocidos como “chips”.

3. Los fragmentos son llevados a un estanque para el proceso de cocinado y digest ión,donde se adiciona hidróxido de sodio y se obt iene la pulpa de madera.

4. La pulpa es lavada y cernida. Luego, se elimina parte del agua que cont iene.

5. La pulpa es conservada en grandes tanques, desde los cuales es t ransferida según lasnecesidades de producción a la etapa final del proceso que consiste en el bat ido de lapulpa hasta separar la fibras, cortarlas y peinarlas antes de someterlas a gran presiónpara formar la lámina del espesor deseado. En esta etapa, se emplea el ácido sulfúricocomo blanqueador de las fibras.

6. La lámina convert ida en hoja de papel es comprimida y secada en varias etapas hastaque el proceso termina en la formación de la bobina o gran rollo de papel.

2.2.1 Reciclaje del papelEl aumento de la demanda de papel para la vida cot idiana ha mult iplicado la posibilidad de

ut ilizar papel de desecho y cartón como pasta de papel; con ello se consigue un gran ahorro deenergía en el proceso de fabricación de la pasta primaria y la ventaja de no tener que ut ilizarmadera de los bosques. Las técnicas de reciclaje han evolucionado con mucha rapidez desdela II Guerra Mundial, y los dos sistemas principales de recuperación se aplican sobre papelimpreso, que incluye el lavado de la t inta, y sobre papel de envoltorio y cartón, de mayorrugosidad y porosidad y con ausencia de grabados.

2.3 Metalurgia del cobre

El cobre es un elemento relat ivamente escaso sólo un 0,0068 % de la masa de la cortezaterrestre. El metal es de color café rojizo.

Como sabemos, Chile es el principal país productor del mundo. En nuestro país, laproducción de cobre proviene principalmente de las regiones segunda y sexta, las que enconjunto contribuyen con el 47% y 22% respect ivamente de la producción nacional.

2.3.1 Propiedades y aleaciones del cobreEl cobre t iene muchas propiedades que lo hacen atract ivo y muy demandado por muchos

países. Algunas de sus cualidades son:

- Metal de color rojizo- Su densidad es de 8,92 g/cm3

- Es dúct il y maleable- Es muy buen conductor de calor y electricidad- Ant imicrobiano

Algunas de sus aleaciones son:

BRONCE: Cobre-EstañoLATÓN: Cobre-CincBRONCE ALUMINIO: Cobre- AluminioPLATA ALEMANA: Cobre-Níquel-CincMETAL MONEL: Cobre-Níquel- Manganeso-Hierro

2.3.2 Proceso de producción del cobreLa metalurgia del cobre depende del t ipo de mineral que se va a explotar, es decir, el cobre

puede estar acompañado por oxígeno, siendo cobre oxidado, o por azufre, siendo cobresulfurado.

En general, la metalurgia del cobre se divide en 3 grandes etapas: Extracción,Concentración y Refinación.

La extracción busca ret irar el mineral de las minas, para luego disminuir su tamaño, graciasal chancado y la molienda. La concentración busca separar el mineral deseado de lo que sedenomina ganga. Finalmente la refinación busca conseguir el metal con el mayor grado depureza.

Las etapas de la producción son las siguientes:

2.4 SalitreSe obt iene a part ir del Caliche, que es un mineral que cont iene altas concentraciones de

nit rato y yodo, que se encuentra en capas de dos a t res metros de espesor y dos metros bajola superficie del desierto. Entonces el salit re, es un mineral no metálico, que está formadoprincipalmente por nit rato de sodio (NaNO3), junto con nit rato de potasio (KNO3), además deiodato de calcio (Ca(lO3)2).

Esta mezcla de compuesto se ut iliza en la fabricación de fert ilizantes en la agricultura,industria farmacéut ica y fabricación de explosivos.

Como subproducto de la purificación del salit re, en la etapa de cristalización, se obt iene elyodo como yodato de sodio (NalO3), el cual se lava, prensa y purifica por sublimación.

2.5 Carbonato de lit io

Se obt iene directamente de las salmueras, ubicadas a unos 30 metros de profundidad,principalmente del Salar de Atacama. La extracción se realiza por bombeo, donde lassalmueras se dejan a evaporar en medio del desierto, para así obtener disoluciones saturadasde carbonato de lit io, además de sales de magnesio y boro.

Los usos son variados, siendo principalmente ut ilizados en la industria del vidrio, enfabricación de cerámicas, en celdas de energía y aplicaciones médicas.

3. Conservación de los recursos energét icos de la t ierra

La industria química, en sus procesos de obtención de productos, emplea una gran

cant idad de energía cuya base principal son los combust ibles fósiles y derivados del petróleo.Es imprescindible mejorar la tecnología y disminuir las emisiones contaminantes a la vez quese reemplazan dichas fuentes de energía.

La tendencia actual apunta a reemplazar la bencina o el petróleo por otros combust iblescomo el hidrógeno, el metanol y la energía solar.

• Hidrógeno: el hidrógeno se obt iene del agua por hidrólisis mediante el uso de laelectricidad. Debido a que es un gas, cuando se quema con el oxígeno, produce aguacomo desecho y una considerable cant idad de energía. Su principal problema radica en sualmacenamiento dada su alta inflamabilidad con el aire.

• Metanol: es un líquido incoloro que se obt iene como subproducto de la industria de lacelulosa y se conoce como alcohol de quemar. Es tóxico, corrosivo y sólo posee la mitadde la energía que posee la gasolina. El uso de metanol disminuye las emisiones demonóxido de carbono y óxidos de azufre y nit rógeno, pero emite formaldehído el cual escancerígeno; sin embargo, dicha emisión se anula al incorporar un convert idor catalí t icoespecializado.

• Energía solar: la energía solar se ve a largo plazo como la mejor solución para superarlos problemas de contaminación ambiental y consumo de combust ibles fósiles. Paraproducir electricidad existen dos sistemas, la luz solar se concentra en una estacióncolectora o placa solar para calentar un fluido, que se ut iliza para producir vapor a fin degenerar electricidad. El sistema más común de generar electricidad a part ir de luz es elfotovoltaico, el cual se emplea en relojes y calculadoras solares así como en estacionesespaciales y satélites.

CAPÍTULO 7: QUÍMICA ORGÁNICA

El carbón es un mineral negro, de remoto origen vegetal, que procede de las materiasvegetales descompuestas acumuladas desde épocas prehistóricas con condiciones climát icasque favorecieron un ciclo de crecimiento rápido – descomposición – crecimiento – nuevadescomposición, que fue depositando materias vegetales en forma creciente...

Aprendizajes esperados• Comprender la ut ilidad de los derivados del carbono.• Clasificar los compuestos derivados del petróleo.• Conocer los dist intos t ipos de compuestos orgánicos.• Nombrar compuestos orgánicos. (hidrocarburos y grupos funcionales)

Los compuestos de carbono presentan uno de los aspectos más interesantes de laquímica. Una de las razones por la que interesa su estudio es por el rol que juegan en laquímica de los seres vivos, tanto vegetales como animales. Otra, es por su gran espectro deusos: fármacos, colorantes, drogas, detergentes, plást icos, perfumes, fibras, aromas, enzimas,vacunas, etc.

La fabricación de estos compuestos ha creado una gigantesca industria química queconsume anualmente millones de toneladas de materias primas, por lo que se hace necesarioestudiar las principales fuentes de obtención del carbono y de sus compuestos.

A pesar de ser un elemento tan importante para la vida en la Tierra, su abundancia noalcanza al 0.1%, en masa, en la corteza terrestre. Paradójicamente, es el segundo elemento enabundancia en el cuerpo humano, donde alcanza un 17.5% en masa. El carbono abunda en lanaturaleza, libre y combinado, pues todas las sustancias animales y vegetales lo cont ienen.

El carbono libre forma tres estados que son: diamante, grafito y carbono amorfo (en estaúlt ima clase destacan la hulla, la antracita, lignito y turba).

1. Fuentes naturales de obtención del carbono

1.1 Carbono elemental

Se presenta en dos t ipos de cristales que se diferencian en cuanto a la forma ypropiedades.

• Grafito: cada átomo de carbono está unido a t res átomos vecinos, formando redescristalinas plano-hexagonales, las que pueden desplazarse unas sobre otras, lo queexplica el hecho de que el grafito sea blando. Además, propiedades tales como su elevadopunto de fusión y el hecho de que es un buen conductor de la corriente eléctrica se debena que las redes plano-hexagonales están íntegramente formadas por enlaces covalentes(muy fuertes y difíciles de romper) y que uno de cada tres enlaces es doble, lo que otorgauna gran cant idad de electrones que bajo una diferencia de potencial se muevenfácilmente, permit iendo la conduct ividad eléctrica.

• Diamante: cada átomo de carbono está unido por enlaces covalentes a cuatro átomosvecinos, cada uno situado en los vért ices de un tetraedro regular. Por esta razón, eldiamante es durísimo y su punto de fusión tan alto, pues su estructura cristalina t iene unagran regularidad. La energía de los enlaces carbono-carbono es muy grande. A diferenciadel grafito, el diamante no puede conducir la corriente eléctrica, pues no posee enlacesdobles; en otras palabras, no posee electrones móviles capaces de migrar frente a unadiferencia de potencial.

• Carbón: el carbón es un mineral negro, de remoto origen vegetal, que procede de lasmaterias vegetales descompuestas acumuladas desde épocas prehistóricas, concondiciones climát icas que favorecieron un ciclo de crecimiento rápido – descomposición –crecimiento – nueva descomposición, que fue depositando materias vegetales en formacreciente hasta formarse vastos depósitos. Luego, sobre esto se depositaron rocassedimentarias que impidieron el acceso de aire a las capas inferiores y las sometieron aenormes presiones. Posteriormente, las capas fueron comprimidas en lechos duros,compuestos principalmente por C de las plantas originarias, por H2, N2, O2 y algo de S. Enconsecuencia, el carbón extraído no es 100% carbono sino que mezclas.

El carbón más puro es la antracita, que cont iene entre 85 y 95% de C. La hulla cont ieneaproximadamente un 78% de C y la turba, entre 60-70%.

Al calentar carbón a altas temperaturas en ausencia de aire, se pueden dest ilar, entreotros, NH3, fenol, benceno, quedando un residuo conocido como coke, que se aplica en lareducción de mineral de hierro (óxidos) a hierro metálico en la fabricación de acero. En Chile, lo que se obt iene es mineral de hulla en las minas de Lota.

El carbono sintét ico se obt iene mediante procesos que concluyen en:

- Carbón vegetal: se obt iene por calentamiento sin aire de la madera. Los desprendidosson una mezcla de compuestos orgánicos de alto valor comercial.

- Carbón mineral: se obt iene al someter huesos de animales a calentamiento sin aire yconst ituye un residuo negro que cont iene 10% de carbono, finamente dividido entre la

estructura porosa del fosfato cálcico (Ca3(PO4)2).

1.2 Petróleo

Es un líquido oleoso, de color variable que va del amarillo pardo al negro. Consiste en unamezcla compleja de hidrocarburos, desde los de menor número de átomos de carbono hastalos más elevados.

Se origina de las materias vivas acumuladas en edades remotas, materias que hansufrido grandes transformaciones químicas en el t iempo. Se encuentra en las formaciones derocas porosas, envueltas por rocas impermeables que encierran los bolsones de petróleo.Cuando se perfora un bolsón, el petróleo fluye a t ravés de la estructura porosa, empujado porla fusión de los gases y aguas subterráneas, y sale a la superficie.

1.2.1 Refinación del petróleo

La refinación del petróleo, se divide en dos procesos. Por un lado, la dest ilaciónfraccionada y posteriormente la etapa de conversión.

Una vez extraído el petróleo de los pozos petrolí feros, junto con fracciones de gas yagua, es conducido por lo oleoductos hacia las refinerías, donde ingresa primero a la torre dedest ilación primaria o torre de dest ilación atmosférica.

La dest ilación fraccionada es un proceso de separación que se basa en los diferentespuntos de ebullición de la mezcla. También se puede asociar al peso molecular que t ienen loshidrocarburos, ya que esto últ imo se relaciona directamente con los puntos de ebullición. Por lotanto, al ir aumentando la temperatura, los hidrocarburos más livianos (bajos puntos deebullición) salen por lo más alto de la torre, sin embargo, los más pesados (altos puntos deebullición) salen por la parte baja de la torre.

Todas las fracciones del dest ilado del petróleo, son sometidas a t ratamientos posteriores para convert irlas en los productos finales deseados. Es así como se aplica la conversión, quese basa en ciertos procesos tales como Cracking, Isomerización y alquilación, buscando, dealguna manera, mejorar el rendimiento del crudo, ya que una de las principales finalidades dedest ilar el petróleo es obtener gran fracción de combust ibles.

Es así , como el cracking, que puede ser catalí t ico o térmico, los hidrocarburos máspesados, o de cadenas más larga, se t ransforman en más livianos o de cadena corta. LaIsomerización transforma moléculas en otras de igual número de átomos, pero con disposicióndist inta. La Alquilación es una síntesis química por medio de la cual se unen olefinas ligerascon isobutano, produciendo un alquilado con puntos de ebullición que se ubican dentro delintervalo de la gasolina.

1.3 Gas natural

Es una mezcla de compuestos de carbono e hidrógeno, de baja Masa Molar como elMetano, etano, propano y butano. Siendo el metano el principal gas. Estos hidrocarburos seencuentran en campos subterráneos de arenas u otras rocas porosas. El gas fluyegeneralmente hacia la superficie cuando el campo es perforado en busca de petróleo.

Ejemplo: Vertedero Lo Errázuriz, Lepanto.

1.4 Productos vegetales y animales

Las plantas y animales const ituyen fábricas químicas muy eficaces que sintet izanmuchos compuestos de carbonos út iles para el hombre, tales como: azúcares, almidones,aceites y ceras vegetales, grasas, gelat ina, colorantes, drogas, fibras, etc.

2. Propiedades químicas del carbono

La estructura electrónica del carbono es: 1s22s22p2. Puesto que el carbono posee 4electrones de valencia (los de la últ ima capa), tenderá a formar compuestos en los cualescomparte los 4 electrones de valencia.

Es posible observar esta tetravalencia en la mayoría de los compuestos del carbono.

La regla dice que el carbono estará siempre rodeado de 8 electrones o de 4 enlacescuando forme parte de algún compuesto. Cabe destacar que en el carbono, como en otroselementos, es posible observar no sólo enlaces simples en sus compuestos sino que tambiénenlaces dobles (C=C) y t riples (C=C), de 4 y 6 electrones, respect ivamente.

Esta diversidad de enlaces covalentes provienen de la capacidad del átomo de carbonode hibridar sus orbitales s y p por comodidad energét ica. El átomo, al presentar hibridación,“se siente más cómodo” estructural y energét icamente. Este proceso de hibridación no es otracosa que una combinación de orbitales de diferente energía y orientación.

Este hecho se explica por la “promoción” de un electrón desde un orbital 2s a uno 2pz . Esdecir, de un estado fundamental a uno hibridado.

Estado fundamental:

Estado hibridado:

(Combinación de orbitales)

Quedando en este últ imo caso, 4 que son capaces de enlazarse de modo de asegurar

que el C quede rodeado de 8 en su capa de valencia para cumplir con la Ley del Octeto.

Por lo tanto, no debemos extrañarnos si encontramos compuestos como:

3. Compuestos inorgánicos del carbono

a. Carburos

Son compuestos formados por carbono y un metal.

Ejemplo

Ca2C Carburo de calcio

b. Sulfuros, cloruros y anhídridos

Están formados por carbono y no metales.

Ejemplos

Sulfuros CS2 Disulfuro de carbono

Cloruros CCl4 Tetracloruro de carbono

Anhídridos CO2 Dióxido de carbono

c. Ácidos

Presentan ciertos H que confieren característ icas ácidas a las soluciones.

Ejemplos

H2CO3 Ácido carbónico

HCN Ácido cianhídrico

d. Carbonatos, bicarbonatos

Carbonatos: son combinaciones de un metal con ácido carbónico.

Ejemplo

Na2CO3 Carbonato de sodio

Bicarbonatos: son combinaciones de un metal con carbonato ácido, en los cuales elmetal reemplaza un hidrógeno del ácido carbónico.

Ejemplo

NaHCO3 Carbonato ácido de sodio o bicarbonato de sodio

4. Compuestos orgánicos del carbono

4.1 Los hidrocarburos

Corresponden a compuestos formados sólo por carbono e hidrógeno. Se consideran loscompuestos orgánicos más simples y su nomenclatura es la base para nombrar todos loscompuestos orgánicos. Los hidrocarburos pueden clasificarse según el siguiente cuadro.

4.1.1 Hidrocarburos alifát icosEstán const ituidos por C y H y se dividen en alcanos, alquenos y alquinos.

• Alcanos o parafinas: hidrocarburos saturados de cadena abierta. Pueden suponersederivados del metano (CH4), por sust itución sucesiva de un H por un grupo CH3– (met ilo).

Su fórmula empírica general es CnH2n +2, donde n es el número de átomos de carbono.Cada carbono posee valencia IV y sus enlaces, sean con H u otro C, son “simples” conhibridación sp3 que t iene una disposición tetraédrica en el espacio, con cada carbono enel centro del tetraedro.

En general para los alcanos, siempre los grupos de los extremos de la molécula seránCH3– y, al ir aumentando el número de carbonos en la cadena, se va añadiendo un – CH2–.

Así , el alcano que sigue al metano (CH4) resulta de cambiarle a éste un H por otrocarbono tetravalente:

Nomenclatura: Para nombrar los alcanos se escribe el prefijo que corresponde a su número de carbonosseguida de terminación ANO.

Los alcanos con tres o más carbonos pueden ser cíclicos, además de lineales, yconst ituyen los CICLOS ALCANOS. Llevan el mismo nombre del alcano que correspondecon cadena abierta, pero se antepone la palabra CICLO.

• Alquenos (Olefinas): son hidrocarburos insaturados de fórmula general CnH2n

donde n es el número de átomos de carbono. Resultan de extraer dos hidrógenos decarbonos vecinos en un alcano con formación de uno o más “dobles enlaces”(insaturación – CH=CH– ), que t iene hibridración sp2 en cada carbono. En el espacioeste doble enlace t iene forma de un plano.

Es lógico que los alquenos con un solo carbono no existan, ya que el doble enlace debeir entre carbono y carbono. Es importante notar que cada carbono sigue siendotetravalente.

Para aumentar el número de carbonos en la serie homóloga de los alquenos, se agregaun – CH2– entre dos carbonos que no estén formando doble enlace.

Nomenclatura: Para nombrarlos, se escribe el prefijo que les corresponde según sunúmero de carbonos seguidos de la terminación ENO.

• Alquinos: son hidrocarburos insaturados de fórmula general CnH2n-2 (donde n es elnúmero de carbono). Resultan de la extracción de dos hidrógenos en carbonos vecinos (1de cada carbono), justo en aquellos que formaban el doble enlace en el alquenocorrespondiente, para formar un enlace “t riple” con hibridación sp de los carbonos,dispuestos en el espacio de modo lineal.

Cuando se aumenta el tamaño de la molécula, agregamos un – CH2– entre doscarbonos que no estén formando el t riple enlace.

Nomenclatura: Para nombrarlos, se escribe el prefijo que les corresponde según sunúmero de carbonos seguidos de la terminación INO.

4.1.2 Nomenclatura de algunos hidrocarburos alifát icos

Hay hidrocarburos alifát icos que poseen ramificaciones y que serán considerados comoderivados alquí licos del hidrocarburo de cadena más larga, es decir, todas las ramificacionesque sobresalgan de la cadena más larga, serán especificados como radicales.

Se denotan con una letra R y son hidrocarburos a los que se les ha sacado un H+,quedando como aniones. Se nombran con el prefijo que denota su número de carbonos y laterminación IL o ILO.

Ejemplo:

Ejemplo:

Estos radicales son inestables y no se pueden aislar para meterlos en un frasco.

Ejemplo:

Sea el compuesto

Como se puede apreciar, la cadena más larga es de 5 átomos de carbonos. Por lo tanto, elcompuesto será un derivado ramificado del pentano.

Es necesario numerar la cadena, comenzando por el extremo de la molécula queestá más cerca de la ramificación:

y su nombre es:

3-met ilpentano, ya que el radical met il (ramificación) está unido al carbono que ocupa laposición 3 dentro de la numeración de la cadena.

Cuando se trata de alquenos y alquinos, donde el doble o t riple enlace caracteriza alcompuesto, debe indicarse la posición en que se encuentra. Si es necesario, se antepone alnombre del compuesto el número del átomo de carbono en el cual se sitúa el enlace múlt iple,eligiendo siempre el Nº menor:

Ejemplo:

Sea el compuesto

Es un hexeno, pues t iene una cadena de seis átomos de carbono y posee un dobleenlace.

Como el doble enlace está entre los carbonos 4’y 5’ ó 2 y 3, de las dos numeracionesalternat ivas se elige la que asigne el número más pequeño a la ubicación del doble enlace.Entonces, el compuesto es el 2-Hexeno.

Caso 1cadena principal= decanosust ituyentes= et ilo y met ilonumeración= izquierdanominación= 5-etil-3-metildecano

Caso 2cadena principal= octanosust ituyentes=et ilos y met ilos

numeración=derechanominación= 5,6-diet il-2,4-dimetiloctano

Caso 3cadena principal= decenosust ituyentes=et ilos y met ilosnumeración=izquierdanominación= 6,6-diet il-3,4-dimetil-4-deceno

Caso 4cadena principal= decanosust ituyentes=isopropil,secbut il y met ilnumeración=izquierdanominación= 6-isopropil-2-metil-4-secbutildecano

Caso 5cadena principal= decenosust ituyentes=terbutil y met ilosnumeración=izquierdanominación= 2,7,9-t rimetil-5-terbutil-3-deceno

Caso 6cadena principal= noninosust ituyentes=et il y secbut ilnumeración=izquierdanominación= 6-etil-4-secbutil-1-nonino

Se observa que en todos los casos, la cadena principal es la fila de carbonos más largaposible y la numeración se ha realizado dejando a los sust ituyentes con el número de carbonomenor. En casos como el 5 y el 6, donde hay doble y t riple enlace, la numeración se hace en elsent ido en que dichos enlaces quedan con el número menor.

cadena principal= butanosust ituyentes=metilonumeración=derechanominación= 2-metilbutano

cadena principal= heptanosust ituyentes=et ilonumeración=derecha o izquierdanominación= 4-etilheptano

cadena principal= butanosust ituyentes=metilosnumeración=izquierdanominación= 2,2-dimetilbutano

cadena principal= decanosust ituyentes=et ilo y met ilonumeración=izquierda

nominación= 4-et il-5 metildecano

cadena principal= pentanosust ituyentes=metilosnumeración=derechanominación= 2,2,4-trimet ilpentano

cadena principal= octanosust ituyentes=et ilo y propilonumeración=izquierdanominación= 2-et il-4-propiloctano

4.1.3 Propiedades y usos de los hidrocarburos alifát icos

Los hidrocarburos alifát icos son compuestos bastante inertes, por lo que se los usa comosolventes. Poseen la propiedad de ser sensibles a la oxidación en condiciones extremasreaccionando con oxígeno según un proceso de combust ión y liberando gran cant idad decalor.

Ejemplo:

Son compuestos que pueden ser gases, líquidos y también sólidos. Rara vez presentancolor, y si lo hacen, éste será alguna variedad del blanco.

Los hidrocarburos más usados en la vida diaria son, por ejemplo, el propano y el butano,que en mezcla son usados como combust ibles, en estado líquido o gaseoso, conocido comogas licuado. El combust ible de los automóviles está const ituido por una mezcla dehidrocarburos diferentes de 7 a 9 átomos de carbono; el kerosene (parafina) es otra mezclacombust ible, pero sus const ituyentes poseen de 9 a 13 átomos de carbono; la esperma de lavela, las grasas (se refiere a las grasas sintét icas) y las ceras son mezclas de carburossaturados y no saturados superiores.

4.2 Hidrocarburos alicíclicos

Es un grupo de hidrocarburos que se caracteriza por poseer cadenas cerradas, estoquiere decir que todos los carbonos están unidos a otros carbonos. Las uniones pueden sersimples, dobles o t riples, por lo que se mant iene la misma nomenclatura de los alifát icos, soloque a estos compuestos se les agrega el prefijo ciclo.

De los ciclos más abundantes se encuentran los de seis átomos de carbono, como elciclohexano, formado por una cadena cerrada de seis átomos de carbono unidos entre sí porenlaces simples.

4.3 Hidrocarburos aromáticos

4.3.1 BencenoTodos los hidrocarburos aromát icos guardan relación con el benceno que es el

hidrocarburo aromát ico más simple. Corresponde a un ciclo hexano con todos sus carbonosinsaturados con dobles enlaces, pero siendo todos ellos tetravalentes. Su estructura la dedujoKekulé en 1865.

Formas de escribir el benceno (todas equivalentes):

Nota: Los dobles enlaces de los carbonos son móviles y se dice que estándelocalizados. Es por eso que la estructura 1 es equivalente a la estructura 2 y a laestructura 3.

4.3.2 Usos y característ icas de los compuestos aromáticos

Los compuestos aromát icos y sus derivados t ienen la característ ica de poseer uno o másanillos bencénicos que puedan estar fusionados o no. Los compuestos aromát icos sontremendamente estables, necesitándose grandes cant idades de energía paradescomponerlos (excepción T.N.T).

Estos compuestos se encuentran en la naturaleza en el carbón (hulla), de donde seextraen por dest ilación.

Algunos ejemplos de compuestos aromát icos son: Aspirina, Naftalina, Anilina,Paracetamol, etc.

5. Serie homóloga

Es una secuencia de compuestos pertenecientes a un mismo t ipo orgánico y que difierenentre sí por uno o más grupos CH2.

EjemploSerie homóloga de hidrocarburos saturados lineales.

Serie homóloga de alcoholes saturados lineales.

6. Isomería

Los isómeros son compuestos que presentan el mismo número de átomos, pero dist intaestructura, es decir, t ienen la misma fórmula global. Así , mientras mayor sea el número deátomos de un compuesto, mayor será el número de posibilidades en que se pueden disponersus átomos, es decir, mayor será el número de isómeros. De este modo, existen variados t iposde isómeros:

6.1 Isomería estructural

Pueden ser de varios t ipos: de esqueleto, de posición y de función.

Los isómeros de esqueleto se dan en los compuestos que presentan la misma fórmulaglobal (el mismo número de átomos y el mismo t ipo de átomos), pero cuya fórmula estructuralo esqueleto carbonado es diferente.

Los isómeros de función presentan idént ica fórmula global, pero difieren en el grupofuncional que poseen.

Los isómeros de posición pueden darse en compuestos que poseen la misma fórmulaglobal, el mismo esqueleto carbonado y grupo funcional, pero se diferencian únicamente en laposición que ocupa el grupo funcional en el esqueleto carbonado.

6.2 Estereoisomería

Los estereoisómeros presentan las mismas característ icas físicas y químicas. En lapráct ica, los estereoisómeros presentan una imagen especular (o de espejo), es decir, t ienendos ordenamientos espaciales diferentes. Estas estructuras se denominan enantómeros oenanteómeros.

La Estereoisomería estudia a los compuestos químicos en tres dimensiones, basándoseen el carbono asimétrico de la molécula. En la medida en que una molécula presenta máscarbonos asimétricos, aumenta el número posible de estereoisómeros. Así, el número total deestereoisómeros de una molécula se puede calcular según la relación 2n, siendo n la cant idadde carbonos asimétricos de la molécula.

7. Funciones orgánicas

Los grupos funcionales son grupos de átomos, que ordenados de cierta forma biendefinida, confieren propiedades part iculares a los compuestos donde se presentan.

a. Alcoholes

Resultan de hidrocarburos (alcanos, alquenos o alquinos) en los cuales se ha reemplazadoun H por un OH. Tienen fórmula general del t ipo R – OH.

Se nombran igual que los hidrocarburos que los originan, pero con terminación OL.

Ejemplo

CH3—CH2—OH Etanol

b. Aldehídos

Resultan de hidrocarburos en los cuales se ha cambiado un — CH3 terminal por un grupo

Su fórmula general es R — CHO.Se nombran igual que el hidrocarburo que los origina, pero con terminación AL.

Ejemplo:CH3 — CHO Etanal

c. Ácidos carboxílicos

Resultan de cambiar en un aldehído, el H del grupo por un grupo hidroxilo (OH).

,quedando R–COOH, grupo que recibe el nombre de “carboxilo”.

Estos compuestos se nombran con el prefijo que les corresponde según su número decarbonos y la terminación OICO. Para esto, se incluye, al contar los carbonos, el que forma elgrupo carboxí lico.

Ejemplo:CH3—COOH Ácido acét ico o ácido etanoico, conocido comúnmente como vinagre.

d. Aminas

Resultan del reemplazo, en un hidrocarburo, de un H por un grupo NH2. Su fórmula generales R–NH2

Para nombrarlos, se usa el prefijo que corresponde según su número de carbonosterminado en IL, seguido de la palabra AMINA.

Ejemplo:

e. Amidas

Resultan al cambiar el H de un grupo aldehído, por un grupo amino (—NH2), quedandoR — CO — NH2

Su nombre es dado por el prefijo que indica el número de átomos de carbono incluyendo elC del grupo amida,

seguido de la terminación AMIDA.

Ejemplo: CH3 — CO—NH2 etanamida

f. Éteres

Resultan del reemplazo del H del — OH de un alcohol, por un radical cualquiera.R — O — R’

Se nombran los radicales correspondientes (R y R’) en orden alfabét ico, seguido de lapalabra ÉTER. Los enlaces en torno al oxígeno son simples.

Ejemplo:

Fenil - met iléter

g. Cetonas

Resultan del reemplazo del H de un aldehído, por un radical cualquiera.R —CO— R’

Se nombran siguiendo la misma regla de los éteres, seguidos de la palabra CETONA.

El grupo

se llama “carbonilo”.

Ejemplo: CH3 — CO — CH3 dimet ilcetona

h. Ésteres

Resultan del reemplazo del H de un ácido carboxí lico, por un radical cualquiera. Esequivalente a una sal orgánica.

R —COO— R’

Se nombran haciendo terminar el ácido en ATO y el radical en ILO. ..ATO DE...ILO

i. Fenoles

son alcoholes de compuestos aromát icos. En general, en el compuesto aromát ico sereemplaza un H por un— OH. Se nombran con terminación OL llevando como prefijo aquel que represente alanillo aromát ico.

Ejemplo

8. Macromoléculas

8.1 Hidratos de carbono (azúcares)

Estas moléculas están formadas por varias unidades elementales o monosacáridos.Presentan como fórmula general CnH2nOn. Desde el punto de vista químico, loscarbohidratos corresponden a aldehídos o cetonas de 3 a 8 átomos de carbono, con variosgrupos hidroxilos (-OH).

Los hidratos de carbono que t ienen más de 5 átomos de carbono forman ciclos y éstos, asu vez, se unen entre sí para formar disacáridos (como el azúcar de mesa o sacarosa),t risacáridos, y así sucesivamente hasta llegar a formar polisacáridos como la celulosa([glucosa]n). El enlace químico que une dos o más monosacáridos se denomina enlaceglucosídico.

Los hidratos de carbono presentan funciones energét icas, puesto que gracias almetabolismo de los glúcidos la célula obt iene la energía necesaria para su funcionamiento.Otra función destacable de los carbohidratos es su función estructural, ya que forman partedel exoesqueleto de los insectos (quit ina) y son const ituyentes de la madera en los vegetales(celulosa).

8.2 Lípidos

Los lípidos, en su mayoría, están formados por C, H y O. Son compuestos muyabundantes en la naturaleza y corresponden químicamente a t riésteres de ácidos grasossaturados (moléculas con enlaces simples de C - C) o de ácidos grasos insaturados (moléculascon enlaces dobles o t riples de C - C).

Si los compuestos son líquidos (ácidos grasos insaturados) se los denomina aceites y sison sólidos (ácidos grasos saturados) se llaman grasas. En la naturaleza se encuentranpresentes en la estructura de las hormonas, cuerpos de animales, semillas de maravilla y soja,entre otros.

Los lípidos presentan funciones de reserva, ya que const ituyen la principal reservaenergét ica del organismo, puesto que producen el doble de energía que los hidratos decarbono; función estructural, ya que forman parte de las membranas celulares y funciónbiocatalizadora, por ser const ituyentes de vitaminas y hormonas.

8.3 Proteínas

Son macromoléculas const ituidas principalmente por C, H, O, S y N, átomos que formanlos aminoácidos o unidades proteicas fundamentales. De su nombre se deduce que estasmoléculas sencillas t ienen en su estructura los grupos funcionales aminas (NH2) y ácidocarboxí lico (–COOH).

Los aminoácidos se unen entre sí para formar polipéptidos. Así , cuando el pesomolecular del polipépt ido es superior a los 5.000 g/mol estamos frente a una proteína. Elenlace que caracteriza la unión de dos o más aminoácidos se denomina enlace peptídico.

Las proteínas presentan funciones estructurales, ya que son const ituyentes delcolágeno y de la pared celular de cilios y flagelos, entre otros; funciones de t ransporte, ya queforman parte de la hemoglobina; funciones enzimática y de defensa del organismo, alformar parte de los ant icuerpos.

8.4 Ácidos nucleicos

Son macromoléculas que reciben este nombre por tener grupos ácidos (ácido fosfórico) ypor haberse descubierto en el núcleo de la célula. Están formados por C, H, O, N y P.

Los ácidos nucleicos están const ituidos por ácido fosfórico (H3PO4), azúcares de 5carbonos (tales como la ribosa y la desoxirribosa) y 5 bases nit rogenadas: adenina, guanina,t imina, citosina y uracilo.

Según sea el azúcar y las bases nit rogenadas presentes en la estructura del ácidonucleico, se van a dist inguir dos t ipos: Ácido DesoxirriboNucleico (ADN o DNA) y ÁcidoRiboNucleico (ARN o RNA), encargados de transmit ir el código genét ico (DNA) y de descifrar lainformación genét ica (RNA).

Todos los hidrocarburos son insolubles en agua por ser compuestos con enlacescovalentes apolares y menos densos que ésta. Por lo tanto, flotan en ella.

9. Uso actual de los compuestos orgánicos

a. Haluros

• Bromuro de Et ilo: este compuesto es muy usado por los futbolistas, pues congela abaja temperatura, por lo que al ser aplicado sobre una contusión, adormece o anestesiapor congelamiento.

Formula

• Cloruro de vinilo: este compuesto t iene inmensa importancia en la industria química,pues con él se obt iene el polímero policloruro de vinilo (P.V.C., del inglés poli-vinil-chloride),con el que se fabrica la mayoría de los plást icos rígidos transparentes, como los vasos yenvases plást icos.

Formula

b. Alcoholes

• Etanol: este compuesto es el alcohol et í lico, el que se encuentra en cualquier bebidaalcohólica y es el responsable, cuando se bebe en exceso, de provocar la pérdida delequilibrio y del conocimiento, en casos extremos.

Formula

• Metanol: este compuesto es el alcohol que se obt iene de la dest ilación de la madera.Se ut iliza como disolvente, combust ible y en perfumería.

Formula

c. Ácidos carboxílicos

• Ácido acét ico o Ácido etanoico: este compuesto se conoce con el nombre de “Vinagre”,que es lo que comúnmente se usa sobre las ensaladas o comidas, en algunos casos.

Formula

d. Éter

• Dimet il éter: este compuesto volát il de bajo punto de ebullición y propiedadesanestésicas, como todos los éteres, es conocido vulgarmente como éter. Fue usadoant iguamente en operaciones médicas.

Formula

e. Cetonas

• Dimet il cetona: este compuesto es muy inflamable. Se ut iliza en la fabricación debarnices, es muy común en cosmética como solvente del esmalte de las uñas. Se loconoce vulgarmente como acetona.

Formula

f. Ésteres

En general se usan como disolventes y poseen olor a frutas, pero químicamente no soncompuestos aromát icos.

g. Aminas

Poseen considerable importancia biológica, pues de ellas derivan los aminoácidos,fundamentales en la síntesis de proteínas. Son parte de enzimas y moléculas que dan origena la vida propiamente tal.

h. Compuestos aromáticos

El benceno se ut iliza en la industria como punto de part ida para preparar numerososderivados tales como tolueno, anilina, est ireno, ácido benzoico, aspirina, fenol y muchos otros.Se usó como disolvente del adhesivo comercial conocido como Agorex, pero se sust ituyó portolueno, pues el benceno es cancerígeno.

i. Compuestos de uso doméstico

Los compuestos orgánicos son parte de la vida cot idiana de las personas, es así que seencuentran tanto en art ículos de limpieza, medicamentos como en productos de belleza,dentro de los cuales se pueden mencionar:

• Jabón: en la actualidad el jabón, formado generalmente por sales de sodio y potasio dedist intos ácidos grasos, se fabrica en grandes calderas de acero donde se calientan lasgrasas fundidas por vapor de agua mientras se agitan cont inuamente. De forma gradual,se añade una disolución de hidróxido o carbonato.

Una vez lograda la saponificación de las grasas, se añade una disolución concentrada decloruro de sodio o potasio, separándose el jabón que flota en la superficie, mientras seextrae desde el fondo la glicerina. Posteriormente, el jabón se somete a diversasoperaciones de lavado y ebullición en disolución alcalina y se procede a su refinado yacabado.

El jabón t iene ventajas por sobre los detergentes, es así que es más barato, atóxico,fabricado a part ir de materias primas renovables (aceites y grasas) y es biodegradable, osea que una vez consumido es destruido por los microorganismos existentes en el agua,que de este modo no contamina el agua. El jabón sólo presenta problemas en dossituaciones:

- Cuando el agua ut ilizada t iene carácter ácido:

Esta reacción libera el ácido graso, que forma la grasa observada en los tanques,recipientes o t inas de baño.

- Cuando el agua usada es dura, es decir, un agua que contiene cat ionesmetálicos, especialmente Ca+ 2 y Mg+ 2, se t iene

Las sales de calcio y o magnesio de los ácidos grasos son insolubles y forman costras enlos tanques, cañerías y t inas de baño.

• Detergentes: en 1930 comenzaron a fabricarse en Alemania unas sustancias quereemplazaron a los jabones, éstos eran los detergentes. Su fabricación fue debido a laescases de aceites y grasas que exist ia durante la segunda guerra mundial. Estosproductos basan su acción limpiadora en la presencia de los grupos sulfonatos, sulfatos ofosfatos en lugar de los grupos carboxilatos propios del jabón. La acción sobre la grasa essemejante en detergentes y en jabones. Las got itas de grasa de la suciedad, se rodeanpor una capa de moléculas de detergente. Así que mientras el extremo polar hidrófilo deéstas se introduce en el agua, el radical hidrocarbonado no polar de la molécula se adhierea la grasa. De este modo, las gotas de grasa pueden ser arrastradas y liberadas delsustrato al que están adheridas, tales como la ropa o la piel.

La ventaja de los detergentes es que no forman precipitados con los iones del agua dura,por lo que no producen los depósitos t ípicos del jabón. Sin embargo, hoy sabemos que noes aconsejable el uso de ciertos detergentes. Algunos, una vez vert idos en las aguasresiduales, impiden la oxigenación de éstas, deteriorando la vida acuát ica. Otros producencant idad excesiva de espumas que no pueden ser descompuestas por bacterias. Decimosque estos detergentes no son biodegradables.• Cremas dentales: son productos que cont ienen detergente por ejemplo el dodecil-sulfato de sodio (CH3(CH2)11OSO3Na) y un abrasivo que es el carbonato de calcio (CaCO3),también puede presentar glicerina, goma de celulosa, fluoruros y sabor art ificial.

• Shampoo para el cabello: cont iene detergente, alcohol oleico que actúa comoacondicionador, alginato de sodio, que actúa como espesador, alcohol común y perfumesentre otras cosas.

• Cremas para la piel: son productos que cont ienen cera de abeja, aceite de almendras,aceites minerales, vaselina, lecit ina, lanolina y perfume, etc.

• Lápices labiales: cont ienen en general cera de abeja, cera de carnauba, alcohol cet ilito(C16H33OH), siliconas, colorantes y perfumes.

• Explosivos: la evolución de la química orgánica trajo el nacimiento de muchasindustrias importantes, un ejemplo de esto es la fabricación de los explosivos orgánicos.Se considera explosivo a toda sustancia capaz de descomponerse rápidamente, conexpansión súbita de gases y una gran liberación de energía. Desde el punto de vistaquímico, es interesante notar que la gran mayoría de los explosivos modernos sonsustancias orgánicas que cont ienen nit rógeno en su estructura. Los principales explosivosorgánicos son la nitroglicerina y el t rinitrotolueno (T.N.T)

• Tejidos sintét icos: durante muchos siglos, la humanidad solamente usó tejidos defibras naturales, como el algodón, el lino (ambos const ituidos por celulosa), la lana, la seda(ambos formados por proteínas), etc. En part icular, los cientí ficos siempre soñaron enfabricar un hilo bonito, resistente y elást ico, como hecho por el gusano de seda (Bombyxmori).

Al final del siglo 19, hubo varias tentat ivas para obtener la seda art ificial, aprovechandolos productos naturales, como el algodón, puesto que contenían celulosa; surgieron deahí varios t ipos de rayones (fibra sintét ica).

En tanto la era de los tejidos sintét icos comenzó realmente con la síntesis del nylon, en1938. Posteriormente, fueron creados los poliésteres y hasta hoy en día la industria text ilinvest iga nuevas fibras sintét icas de tejidos.

Un combustible alternat ivo

El metanol

Como sabemos, el automóvil se ha constituido en una de las creaciones humanasde mayor uso porque permite desplazarse con rapidez y comodidad a casi cualquierpunto dentro de la red vial. Paradójicamente, esta comodidad puede convertirse en unafuerte amenaza para la calidad de vida de los ciudadanos: las emisiones de losautomóviles contribuyen al efecto invernadero y al aumento de la contaminaciónatmosférica.

El metanol podría convert irse algún día en un combust ible de automóviles quereemplazara a la gasolina.

Fuentes energét icas alternat ivas

Para enfrentar los graves problemas que puede significar la alteración de la composiciónde gases de la atmósfera, las industrias deben afrontar el desafío que representa laproducción de vehículos capaces de ut ilizar otra fuente energét ica, que sea tan eficiente yque no represente una fuente más de contaminación. Se han evaluado muchas fuentesenergét icas alternat ivas: gas comprimido natural, gas licuado de petróleo, electricidad ymetanol. Sin embargo, existen limitaciones para cada uno de ellos. El gas natural comprimidoes un combust ible que genera contaminantes atmosféricos: el gas licuado de petróleopresenta limitaciones que t ienen que ver con el suministro y la electricidad está actualmentecondicionada al empleo de grandes baterías que requieren de recarga frecuentemente, por loque restringen el t ransporte.

Los estudios establecen que una de las más promisorias fuentes energét icas parece serel metanol, el alcohol más simple que existe (CH3OH)

Su empleo rebajaría significat ivamente las emisiones de gases tóxicos, a tal punto que noserían detectadas por los instrumentos usados para los automóviles con motor a gasolina. Sesabe que el empleo de metanol como combust ible en vehículos motorizados produce un 90%menos agentes químicos que contaminan la atmósfera. Otra ventaja del metanol es que ésteno produce hollín, a diferencia de los combust ibles derivados del petróleo.

La producción y el uso generalizado de un combust ible alternat ivo se ha convert ido enalgo más allá de la necesidad: una urgencia. El parque automovilíst ico crece en una proporcióntal que la amenaza se hace patente cada día.

Ventajas y limitaciones del metanol

Las invest igaciones realizadas dan pruebas irrefutables de que si los vehículosfuncionaran con metanol puro se obtendría una notable reducción en los niveles decontaminantes urbanos. Los combust ibles como el metanol presentan una estructura químicanotablemente más simple que los derivados del petróleo, lo que reduce la probabilidad de una

combust ión incompleta, fenómeno responsable de generar las sustancias nocivas para lasalud y el ambiente.

Una de las desventajas que presenta el metanol es su capacidad energét ica. Si se tomanvolúmenes iguales de gasolina y metanol, este últ imo sólo produce la mitad de energía. Loscientí ficos creen que esta limitación se puede compensar con la producción de un automóvilmás liviano y con el menor consumo de energía para moverlo.

Sin embargo, se t ienen datos que muestran algunos inconvenientes que habría quesuperar: la combust ión de metanol produce un agente cancerígeno llamado formaldehído, quees producido también por la quema de combust ibles derivados del petróleo como la gasolina yel kerosene. Otro de sus inconvenientes se refiere a las propiedades químicas del metanol: esun compuesto altamente corrosivo y también es explosivo y tóxico. Los cientí ficos t ienen elreto de encontrar las soluciones que hagan viable la alternat iva del metanol.

Ya hay ingenieros que creen poder minimizar los posibles riesgos con las adaptacionespert inentes de los vehículos.

Existen otras limitaciones que t ienen que ver con el costo de la producción masiva delmetanol y la emisión de dióxido de carbono, un gas que part icipa en el llamado efectoinvernadero.

Una vez resueltos estos problemas, la ut ilización del metanol como fuente energét icapara los vehículos motorizados puede solucionar los problemas de contaminación y const ituirla base para la planificación del t ransporte en el futuro cercano.

10. Producción de bebidas alcohólicas

La producción de bebidas alcohólicas es una de las industrias más importante en elmundo, ya que sin lugar a dudas moviliza grandes flujos de dinero.

a. Producción de alcoholes

Sin duda, los alcoholes de mayor importancia industrial son, actualmente, el metanol y eletanol.

• Metanol: El metanol, alcohol metí lico o carbinol, es denominado, “alcohol de madera”,porque puede ser obtenido por el calentamiento de la madera en cilindros cerrados.Actualmente se obt iene mediante dos procesos.

- A part ir de monóxido de carbono

- Por oxidación controlada del metano

El metanol es el más tóxico de los alcoholes. Ingerido, aunque sea en pequeñas dosis,causa ceguera y hasta la muerte. Es muy ut ilizado industrialmente, como solvente y en laproducción de metanal o formalina, y también puede ser usado como combust ible encarros de fórmula Indy y en aeromodelos.

• Etanol: El etanol o alcohol et í lico es el alcohol común, de extenso uso domést ico. Sepuede obtener mediante:

- Hidratación del et ileno

- Fermentación de azúcares o cereales

En países tropicales, el etanol es obtenido por fermentación del azúcar de caña. En lospaíses templados, se ut iliza como materia prima la remolacha, el maíz, el arroz u otrocereal, de ahí el nombre que se le da también como alcohol de cereales.

Después de la fermentación, el alcohol es dest ilado, obteniéndose el etanol común de96° GL (Gay Lussâc), que corresponde a una mezcla de 96% de etanol y 4% de agua,en volumen.

La escala Gay Lussâc, usada para medir las concentraciones de las mezclas alcohol –agua, es ant igua, pero aún es bastante usada en las grandes compañías productoras dealcoholes.

En la práct ica, dicha escala es incorporada a un densímetro especial, llamadoalcoholímetro, en el cual el valor de 0° GL, corresponde al agua pura, y el valor 100° GL,corresponde al etanol puro.

Dos expresiones bastante usadas industrialmente son: Alcohol anhidro o absoluto. Es el alcohol exento de agua (100% etanol), el cual esobtenido industrialmente, dest ilando el etanol común (96° GL) con benceno, el cualarrastra consigo los 4% de agua existentes en dicho alcohol. El alcohol anhidro es usadoen mezcla con la gasolina

Alcohol desnaturalizado. Es el etanol común (96° GL) al cual le fueron adicionadossustancias de olor y sabor desagradables. Esto se realiza para que el “alcohol industrial”,que no está afecto a impuestos, no sea desviado para la fabricación de bebidasalcohólicas (que están afectas a impuestos).

En general, el alcohol común es usado como solvente, como combustible, comomateria prima en la fabricación de otros compuestos orgánicos, en bebidasalcohólicas, etc.

CAPÍTULO 8: ÁCIDO BASE

Los ácidos son sustancias que se comportan como electrolitos, es decir, conformandisoluciones conductoras de electricidad. Ello se debe a la disociación iónica de las moléculasque genera iones en disolución.-

Aprendizajes esperados• Conocer las teorías usadas en ácido base.• Reconocer e ident ificar escalas de pH.• Definir términos usados en ácido base.

• Discriminar compuestos ácidos básicos o neutros.

Al clasificar las sustancias químicas se trató de agruparlas de acuerdo a suscaracteríst icas más relevantes; es así como se llegó a dist inguir 3 grupos: los ácidos, las basesy las sales.

Para los ácidos se eligió como característ ica más relevante el sabor agrio que ellaspresentan. Así, el limón t iene tal sabor gracias al ácido cí t rico; el vinagre, al ácido acét ico queposee, etc. Con respecto a las bases t ienen en común su textura jabonosa y presentan unsabor amargo. Son bases, entonces, el hidróxido de sodio, el hidróxido de potasio, etc. Y para eltercer t ipo de sustancias se llegó a su característ ica más relevante: negar las dos anteriores.

Sin embargo, esta clasificación es simplista, pues ácidos, bases y sales presentan tambiéncaracteríst icas más profundas.

1. Conceptos y característ icas de ácidos y bases

Si se le pidiera definir operacionalmente los ácidos y las bases, sin duda Ud. t rataría deobservar sus característ icas más relevantes, llegando a concluir lo siguiente:

• Ácidos: Son sustancias que se comportan como electrolitos, es decir, conformandisoluciones conductoras de electricidad. Ello se debe a la disociación iónica de lasmoléculas que genera iones en disolución.

Ejemplo

- Al hacerlos reaccionar con un metal se desprende hidrógeno gaseoso.

Ejemplo

- Dependiendo de su comportamiento t iñen a algunos indicadores. Por ejemplo, t iñen derojo al papel tornasol azul.

- Al reaccionar con una base, pierden sus propiedades anteriores debido a suneutralización.

- Tienen sabor agrio. Esta últ ima propiedad no puede ser comprobada con descuido.

• Bases: Son sustancias que se comportan como electrolitos al igual que los ácidos,aunque los iones que forman obviamente son diferentes.

Ejemplo

- Tiñen de azul al papel tornasol rojo, es decir, es contrario al ácido.- Al reaccionar con un ácido, pierde sus propiedades anteriores al neutralizarse.- Tienen al tacto una sensación jabonosa.- Todas estas propiedades se cumplen con más o menos rigurosidad.

• Sales: Las sales no presentan todas las característ icas anteriormente señaladas. Sinembargo, sí son consideradas electrolitos, por lo tanto, se pueden disociar.

Ejemplo

Aunque también hay sales que pueden presentar carácter ácido o básico como las salesbásicas y ácidas que provocarán hidrólisis.

2. Característ icas químicas de ácidos y bases

2.1. ÁcidosPodemos caracterizar a los ácidos a part ir de t res hipótesis, las cuales se complementan

entre sí .

• Hipótesis de Arrhenius → Propone que los ácidos son sustancias capaces de cederiones H+ en disolución acuosa (HCl, H2SO4).

• Hipótesis de Brönsted y Lowry → Propone que los ácidos son aquellas sustanciascapaces de ceder protones a la disolución (H3PO4, H2S).

• Hipótesis de Lewis → Propone que corresponden a ácidos todas aquellas sustanciascapaces de captar electrones (Ca2+, Na+).

Las tres hipótesis son válidas en la actualidad.

2.2. Bases

Podemos caracterizar a las bases a part ir de las mismas tres hipótesis ya desarrolladas.

• Hipótesis de Arrhenius → Propone que las bases son sustancias capaces de ceder ionesOH- en disolución acuosa (NaOH, Al(OH)3).

• Hipótesis de Brönsted y Lowry → Propone que las bases son aquellas sustanciascapaces de captar protones desde la disolución (H2PO4

-, HS-).

• Hipótesis de Lewis → Propone que corresponden a bases todas aquellas sustanciascapaces de ceder electrones (S2-, Cl-, O2-).

Las tres hipótesis son válidas en la actualidad.

3. Medida de la acidez y basicidad

Es posible, medir la acidez o basicidad de una ent idad, experimentalmente, a t ravés de uninstrumento llamado peachímetro, o bien, ut ilizando papeles o disoluciones indicadoras.

El término usado para dicha medición, es el pH, y es una escala propuesta por elinvest igador Sörensen.

El rango de medición fluctúa entre 0 y 14 y, se define a t ravés del logaritmo de laconcentración molar del ión hidrógeno:

También se puede aplicar a la concentración de OH+, a la constante de acidez y basicidaddel agua, dando:

La escala de pH dist ingue tres zonas:

Vemos que tanto la zona ácida como la básica t ienen un rango y que la zona neutra t ieneun solo valor. Por lo tanto, cada ácido presentado: ácido fuerte y débil y cada base presentada:base fuerte y débil, tendrán su pH característ ico y la forma de calcularlo varía para cada caso.

Se observa que si la concentración de H+ va disminuyendo, la de OH- va aumentando. Elproducto iónico del agua, por ser constante, no puede variar. La zona neutra corresponde a unsolo punto, las otras zonas t ienen un rango. Por lo tanto, no será difícil establecer unaconcentración en función de la otra.

3.1 Relación entre pH y pOH

Esta relación surge del producto iónico del agua, el cual relaciona la concentración del iónhidrógeno y el ión hidroxilo y se expresa:

Al aplicar logaritmo a esta expresión se obt iene:

Como sabemos que:

reemplazando y mult iplicando por -1, se obt iene

Por últ imo, tenemos

Con esta expresión podemos relacionar al pOH y las zonas ácidas, neutras y básicas.

y relacionando pH y pOH se logra:

A medida que aumenta el pH, el pOH va disminuyendo y viceversa. Sin embargo, siemprela suma de ambos debe ser 14.

3.2 Indicadores

Los indicadores son compuestos orgánicos principalmente, que t ienen un rangodeterminado de pH a medir. Manifiestan su medición por colores y cuando son agregados auna disolución adquieren tal tonalidad, por lo que se deduce que dicha disolución t iene tal valorde pH.

Mientras el pH del compuesto sea ácido, el indicador tendrá un color determinado y sipasa a pH básico manifestará un cambio de coloración. Los indicadores son muy út iles en lat itulación de ácido y bases (neutralización).

3.3 Disoluciones buffer

Estas disoluciones también son conocidas como amort iguadoras, reguladoras ytampones. Todas indican la misma cualidad que es la de mantener el pH en un cierto rango, elcual no se ve modificado al variar algún factor de la disolución. La sangre es un ejemplo dedisolución buffer, su pH está en el rango de 7 a 7.4. En las disoluciones buffer hay un equilibrioentre el componente ácido y básico.

3.4 Neutralización

La neutralización es una reacción entre un ácido y una base donde se logra equiparar lafuerza de ambos y el pH de la disolución es neutro. Supongamos el siguiente suceso, sea elHCl y el NaOH, ambos de concentración 0.1 mol/L. En la bureta coloquemos 20 mL de base yen el matraz erlenmeyer 10 mL de ácido. Empecemos a agregar al matraz un volumen de basey midamos el pH cada cierto volumen. Resumamos los resultados en la siguiente tabla:

Al realizar las observaciones respect ivas, se observa que a medida que el volumen debase agregado va aumentando también lo hace el pH. Cuando el volumen de base fue igual aldel ácido contenido en el matraz, el pH resultó ser neutro y, finalmente, cuando el volumen debase es mayor que el del ácido, se acentuó el carácter básico de la disolución.

Se puede notar que cuando el volumen de base agregado es cercano a 10 mL, el pHempieza a subir rápidamente. Se puede pensar que este hecho es proporcional, pero no lo es,dado que al graficar los valores se obt iene una curva logarí tmica y no una recta.

El pH antes del punto neutro o de equivalencia, se calculó de la siguiente forma: se hizo elsupuesto de que los volúmenes son adit ivos debido a que las densidades de las solucionesson iguales. Por lo tanto, el volumen final es la suma del volumen de base agregado más elvolumen de ácido dado. Los moles en juego se calcularon restando a los moles de ácido losmoles de base agregado y luego se aplicó la definición de pH.

El pH después del punto neutro se calculó de la siguiente forma: se volvió al supuesto dela suma de los volúmenes y, en este caso, se establece la concentración de hidróxido y losmoles en juego son los de base agregados menos los moles de ácido dado. Por ello es que elpH debe dar básico después del punto neutro. Finalmente, se puede calcular el pH de zonaneutra sabiendo las concentraciones en juego y los volúmenes respect ivos con el supuesto deque los volúmenes se suman.

Tratamiento de la acidez estomacal

Los ant iácidos

Los trastornos gastrointest inales son en la actualidad uno de los problemas que másafectan a las personas. Las comidas rápidas y la tensión producida por la agitación con la quese vive, influyen en la aparición de enfermedades como la hiperacidez y las úlceras gástricas.Las células que revisten el estómago segregan el fluido llamado jugo gástrico que t iene un altocontenido de ácido clorhídrico (HCl). La concentración de este ácido en el jugo gástrico es de0,03 moles/L aproximadamente, lo que corresponde a un pH de 1,52. El HCl se produce cuandolos alimentos llegan al estómago, y el rol que cumple en la digest ión es clave. Sin embargo,cuando una persona ha comido en exceso o está sometida a tensiones emocionales, lascélulas del estómago secretan una mayor cant idad de este ácido, el medio estomacal se tornamás ácido y surgen los conocidos malestares de la acidez.

Para combat ir estos síntomas existen ciertos fármacos llamados ant iácidos, quecont ienen bases capaces de neutralizar el exceso del ácido clorhídrico en el estómago. Laeficacia de los ant iácidos se mide por la capacidad de neutralizar sólo el exceso de la acidez,ya que si el pH del medio estomacal aumenta a valores mayores que 4, se podría dificultar laacción de enzimas digest ivas, como la pepsina, que son fundamentales para la degradación delos alimentos. Por lo tanto, el contenido de sustancias básicas en los ant iácidos, no debe sermayor a la cant idad estequiométrica necesaria para la neutralización del exceso de ácidoclorhídrico solamente. Los ant iácidos, que se expenden en el comercio cont ienen, comomáximo, 2 g de bicarbonato de sodio o 1 g de carbonato de calcio. Las reacciones deneutralización se representan por las ecuaciones (1) y (2). Uno de los productos de estasreacciones es el gas dióxido de carbono, que en el estómago puede aumentar la presión de losgases y ocasionalmente producir eructos. Los ant iácidos que cont ienen bases como elhidróxido de magnesio o el hidróxido de aluminio, no generan dióxido de carbono en el procesode neutralización. Otra condición que debe cumplir un ant iácido es no alterar la composicióndel plasma sanguíneo. Una dosis elevada de bicarbonato de sodio puede producir el aumentodel pH sanguíneo, causando la afección conocida como alcalosis metabólica. Los ant iácidospueden tener efectos colaterales, por ejemplo un exceso de hidróxido de magnesio puedeocasionar diarrea; en cambio, el de aluminio produce estreñimiento.

La persona con hipertensión debe tener cuidado con el bicarbonato de sodio, ya queestos pacientes deben controlar su consumo de sodio. Para quienes sufren osteoporosis,degeneración de los huesos causada por la pérdida de calcio, es recomendable que ingieranant iácidos que contengan calcio, como el carbonato de calcio.

CAPÍTULO 9: MATERIALES DE USO COTIDIANO

La mayoría de los objetos que usamos en forma cot idiana, se han formado a part ir deelementos y compuestos químicos que se han unido de manera especial para const ituir todoslos productos manufacturados que conocemos en la actualidad. De este modo, la “ciencia ytecnología de los materiales” se ha encargado de estudiar la forma de adaptar y fabricarmateriales para responder a las necesidades de la tecnología moderna.

Aprendizajes esperadosConocer los dist intos procesos de elaboración de materias primas.Reconocer los avances realizados en las diversas industrias.Dist inguir los compuestos principales de los productos obtenidos.

1. Materiales

La ciencia y tecnología de los materiales se ha encargado de estudiar la forma deadaptar y fabricar materiales, tanto metálicos como no metálicos, para responder a lasnecesidades de la tecnología moderna.

Empleando diferentes técnicas de laboratorio, los cientí ficos han hallado nuevas formasde ut ilizar el plást ico, la cerámica y otros no metales en aplicaciones antes reservadasexclusivamente a los metales.

Después de descubrir que ciertos materiales no metálicos, como el silicio, podían conducirla electricidad, los invest igadores diseñaron acuciosos métodos para la fabricación deminúsculos circuitos integrados en un pequeño chip de silicio. Esto hizo posible laminiaturización de los componentes de aparatos electrónicos tales como las computadoras.

A finales de la década de 1980, la ciencia de los materiales tomó un nuevo auge con eldescubrimiento de materiales cerámicos que presentaban la capacidad de sersuperconductores a temperaturas más elevadas que los metales y que podrían tenerinnovadoras aplicaciones, como en el desarrollo de los t renes de levitación magnét ica o lascomputadoras ult rarrápidas.

Aunque los últ imos avances de la ciencia de materiales se han centrado sobre todo en laspropiedades eléctricas, las propiedades mecánicas como la tensión, la compresión, la torsión, laflexión, siguen teniendo una gran importancia puesto que los materiales sólidos sometidos adichas fuerzas pueden sufrir una serie de deformaciones permanentes y graduales(plastodeformación y fat iga) hasta llegar a la fractura, y es esto, precisamente lo que sepretende evitar.

A cont inuación, mencionaremos los materiales de mayor uso en nuestra sociedad.

1.1 Cerámicos

a. Arcilla

Material compuesto por un grupo de minerales formados por la meteorización (proceso dedesintegración física y química ) de rocas feldespát icas tales como el granito.

E l feldespato, const ituye un extenso grupo de minerales compuesto poraluminosilicatos de potasio (KAlSi3O8), de sodio (NaAlSi3O8), de calcio (CaAl2Si2O8) e inclusive,de bario, que se encuentran en forma de cristales aislados o en masas y que son el principalconst ituyente de la mayoría de las rocas ígneas tales como el granito, el gneis, el basalto yotras rocas cristalinas.

En estos materiales, el grano es de tamaño microscópico y con forma de escamas, lo quehace que la superficie de agregación sea mucho mayor que su espesor, permit iendo un granalmacenamiento de agua por adherencia, otorgándole plast icidad a la arcilla y provocando lahinchazón de algunas variedades.

La arcilla común es una mezcla de caolín y de polvo fino de algunos mineralesfeldespát icos anhidros (sin agua) que son capaces de ser moldeados cuando se humedecencon agua.

Las variedades más comunes de este material son: la arcilla china o caolín; la arcilla depipa, similar al caolín pero con un contenido mayor de sí lice; la arcilla de alfarería; la arcilla deescultura o plást ica; la arcilla para ladrillos, una mezcla de arcilla y arena con pequeñascant idades de hierro; y la arcilla refractaria, con pequeño o nulo contenido de caliza o de hierro.

En general, las arcillas plást icas se usan en todos los t ipos de alfarería, en la fabricaciónde ladrillos, de baldosas, de azulejos, de ladrillos refractarios y de otros productos más finoscomo la porcelana.

b. Azulejo

Pieza delgada de arcilla vidriada (mediante aplicación de minerales vit rificantes comosí lice o boro) o sin vidriar que se ut iliza para cubrir o decorar suelos y paredes.

Los azulejos modernos se pueden fabricar con arcilla de grano fino prensada a máquina; omediante el vaciado de la barbotina, (arcilla líquida) dentro de un molde poroso.

Antes de la cocción, puede añadirse barniz y hacerse una decoración pintada con óxidosmetálicos.

Dependiendo del t ipo de arcilla y de la temperatura de cocción, los azulejos pueden variardesde los de loza porosa hasta los de porcelana vidriada.

c. Cerámica

Material compuesto por arcilla endurecida mediante cocimiento en hornos.

La naturaleza y el t ipo de la cerámica están determinados por la composición de la arcilla,el método de su preparación, la temperatura a la cual se ha cocido y los barnices que se hanut ilizado. Se dist ingue de la porcelana por ser porosa y opaca. Como se cuece a temperaturamás baja que ésta, no llega a vit rificar.

d. Loza

La loza es una cerámica porosa cocida, por lo general, a la temperatura más baja delhorno (900-1.200 ºC). Dependiendo del t ipo de arcilla ut ilizada, al cocerse adquiere coloramarillo, rojo, pardo o negro.

Para hacerla resistente al agua, es necesario barnizarla.

En general, los óxidos metálicos son los que le confieren el color a los barnices. De estemodo, el cobre hace que el barniz de plomo adquiera una tonalidad verdosa, y el barniz alcalinouna tonalidad turquesa; un fuego bajo hace que el cobre se torne rojo. El hierro puede dartonalidad amarilla, parda, gris verdosa o, azul y, mezclado con otros minerales, rojo. Como sepuede apreciar, los efectos específicos de cada barniz sobre la pasta de arcilla dependentanto de su composición como del control de la temperatura del horno.

Bajo este punto de vista, el proceso de cocción de la arcilla requiere de un control muyriguroso para lograr el efecto deseado en la obtención de loza, ya que pueden conseguirseefectos diferentes debido a un aumento de la cant idad de oxígeno en la combust ión (con laadecuada vent ilación para producir grandes llamas) o por la reducción del oxígeno con laobstrucción parcial de la entrada de aire en el horno. Una arcilla rica en hierro, por ejemplo, sevolverá de color rojo si se cuece con un fuego rico en oxígeno, mientras que en un horno pobreen oxígeno se volverá de color gris o negro, pues el óxido rojo de hierro de la arcilla (Fe2O3) seconvierte en óxido negro de hierro (FeO) al desprenderse una molécula de oxígeno de la arcillapara compensar la falta de éste en el horno.

e. Cemento

Sustancia de polvo fino capaz de formar una pasta blanda al mezclarse con agua y que seendurece espontáneamente en contacto con el aire.

Tiene diversas aplicaciones, como por ejemplo, la obtención de hormigón por la unión dearena y grava con cemento Port land (es el más usual). Este material es ut ilizado para pegarsuperficies de dist intos materiales o para revest ir ciertas superficies a fin de protegerlas de laacción de sustancias químicas.

La clasificación de un cemento se puede hacer según: el nombre del componente principal,como por ejemplo, el cemento calcáreo que cont iene óxido de silicio, o como el cementoepóxico, que cont iene resinas epoxídicas; o bien, según la principal característ ica que posea,como por ejemplo, el cemento hidráulico o rápido, o los cementos refractantes que soncapaces de resist ir altas temperaturas

Los cementos ut ilizados en la construcción también se pueden denominar según suorigen, como es el caso del cemento romano, o según su parecido con otros materiales, comoel cemento Port land.

Los cementos Port land consisten en mezclas de silicato t ricálcico (3CaO·SiO2), aluminatotricálcico (3CaO·AI2O3) y silicato dicálcico (2CaO·SiO2) en diversas proporciones, junto conpequeñas cant idades de compuestos de hierro y magnesio.

Este t ipo de cemento se fabrica a part ir de piedra caliza, arcillas, pizarras o escorias dealtos hornos que cont ienen óxido de aluminio y óxido de silicio, en proporciones aproximadasde un 60% de cal, 19% de óxido de silicio, 8% de óxido de aluminio, 5% de hierro, 5% de óxidode magnesio y 3% de trióxido de azufre.

En general, las rocas cementosas presentan dentro de su composición estos elementosen las proporciones adecuadas, por lo tanto, se puede obtener cemento a part ir de ellas sinnecesidad de emplear otras materias primas.

Para la fabricación del cemento, se t rituran las materias primas mezcladas y se calientanhasta que se funden, formando el “clínquer”, que a su vez se tritura hasta lograr un polvo fino.En los hornos modernos, se pueden obtener de 27 a 30 kg de cemento por cada 45 kg demateria prima.

El cemento Port land se emplea hoy en la mayoría de las estructuras de hormigón.

En general, si se desea que el cemento adquiera otras característ icas de acuerdo al usoque se le va a dar, se puede variar la cant idad de sus componentes o se pueden agregar otros.Así por ejemplo, para retardar el proceso de endurecimiento, se suele añadir yeso. Enestructuras construidas bajo el mar, se emplean normalmente cementos con un contenido dehasta un 5% de óxido de hierro, y cuando se precisa resistencia a la acción de aguas ricas ensulfatos se ut ilizan cementos con una composición de hasta un 40% de óxido de aluminio.

Actualmente, la mayor producción de cemento se genera en los países industrializados,aunque también es importante la industria cementera en los países menos desarrollados. Laant igua Unión Soviét ica, China, Japón y Estados Unidos son los mayores productores, peroAlemania, Francia, Italia, España y Brasil son también productores importantes.

f. Vidrio

El vidrio se define como una sustancia amorfa donde las unidades moleculares t ienensuficiente cohesión para presentar rigidez aunque éstas se encuentran en un estado ví t reo.

El vidrio se fabrica fundiendo sí lice (SiO2) a altas temperaturas junto con ciertos mineralesque cont ienen boratos y/o fosfatos. En la naturaleza, se encuentra formando parte de laobsidiana, que es un material volcánico.

Su principal característ ica es que puede enfriarse hasta su solidificación, sin que seproduzca la cristalización de sus componentes; y luego, mediante calentamiento, puede volvera su forma líquida.

El vidrio fundido es maleable y se le puede dar forma deseada mediante diversastécnicas.

En general, suele ser t ransparente, pero también puede ser t raslúcido u opaco. Su colorvaría según los ingredientes empleados en su fabricación.

En la mayoría de los vidrios, la sí lice se combina con otras materias primas comocarbonato de sodio o potasio, carbonato de calcio y magnesio, plomo o bórax, en dist intasproporciones, para mejorar sus propiedades físicas. Así , tenemos vidrio sodocálcico, vidrio alplomo, vidrio de borosilicato, etc.

Gracias a que es un material que sufre poca contracción y dilatación frente a los cambiosde temperatura, es adecuado para la fabricación de aparatos de laboratorio y objetossometidos a grandes choques térmicos. Por otra parte, como es un mal conductor del calor yla electricidad, resulta muy út il para el aislamiento térmico y eléctrico.

Dentro de la amplia gama de aplicaciones del vidrio, tenemos: el vidrio de ventana, el vidriode placa, botellas y recipientes, el vidrio ópt ico, el vidrio fotosensible o fotocromát ico, laindustria de la vit rocerámica, fibras de vidrio, espuma de vidrio, vidrio láser, etc.

1.2 Plást icos

a. Tipos de plást icos

Los plást icos son polímeros orgánicos que t ienen la capacidad de deformarse hastaconseguir una forma deseada mediante ciertos procesos como la extrusión, el moldeo o elhilado.

Las moléculas de estos polímeros pueden ser de origen natural, como por ejemplo lacelulosa, la cera y el caucho natural (hule) o sintét icas, como el poliet ileno y el nylon.

Las cadenas de estas enormes moléculas pueden ser lineales, ramificadas oentrecruzadas, dependiendo del t ipo de plást ico. Las moléculas lineales y ramificadas sontermoplást icas (se ablandan con el calor), mientras que las entrecruzadas sontermoestables (no se ablandan con el calor).

En general, los plást icos se caracterizan por una alta relación resistencia/densidad, lo queles confiere excelentes propiedades para usarlos como aislantes térmicos y eléctricos, asícomo también, una gran resistencia a la acción de ácidos, álcalis y otros disolventes.

En general, la fabricación de los plást icos implica cuatro pasos básicos: obtención de lasmaterias primas, síntesis del polímero básico, obtención del polímero como un productout ilizable industrialmente y moldeo o deformación del plást ico hasta su forma definit iva.

Durante las décadas posteriores a la obtención de celuloide, aparecieron otros t ipos deplást icos tales como la baquelita, el rayón (material polimérico fabricado a part ir de lacelulosa, nit rato de celulosa o etanoato de celulosa) y el policloruro de vinilo (PVC).

Uno de los plást icos más populares desarrollados durante este periodo, es el metacrilatode metilo. Debido a sus excelentes propiedades ópt icas, este material puede ut ilizarse parala manufactura de gafas y lentes, o en el alumbrado público o publicitario.

Las resinas de poliest ireno, comercializadas alrededor de 1937, se caracterizan por sualta resistencia a la alteración química y mecánica a bajas temperaturas y por su escasaabsorción de agua. Estas propiedades hacen del poliest ireno un material adecuado paraaislamiento y accesorios ut ilizados a bajas temperaturas, como en instalaciones derefrigeración y en aeronaves dest inadas a los vuelos a gran altura.

El PTFE (politetrafluoret ileno), sintet izado por primera vez en 1938, se comercializó con elnombre de teflón en 1950. Otro descubrimiento fundamental en la década de 1930 fue lasíntesis del nylon.

Durante la II Guerra Mundial, la industria de los plást icos demostró ser una fuenteinagotable de sust itutos para materiales tales como el látex. De este modo, el nylon seconvirt ió en una de las fuentes principales de fibras text iles.

Los poliésteres se ut ilizaron en la fabricación de blindajes y otros materiales bélicos, y seprodujeron grandes cant idades de varios t ipos de caucho sintét ico.

Durante el periodo de la posguerra, se mantuvo el elevado ritmo de los descubrimientos ydesarrollo en la industria de los plást icos. Tuvieron especial interés los avances realizados enpolímeros tales como policarbonatos, acetatos y poliamidas.

De este modo, se ut ilizaron materiales sintét icos en lugar de los metales para fabricarmaquinarias, cascos de seguridad, aparatos sometidos a altas temperaturas y muchos otrosproductos ut ilizados en lugares con condiciones ambientales extremas.

En 1953, el químico alemán Karl Ziegler desarrolló el poliet ileno, y en 1954 el italianoGiulio Natta desarrolló el polipropileno, que son los dos plást icos más ut ilizados en laactualidad.

b. Clasificación de plást icos según el proceso de polimerización

• Polímeros de condensación: Estas reacciones producen polímeros de diferenteslongitudes. Algunos ejemplos de este t ipo de polímeros son el nylon, los poliuretanos y lospoliésteres.

• Polímeros de adición: Estas reacciones producen polímeros de longitudesespecíficas. Algunos polímeros t ípicos de adición son el poliet ileno, el polipropileno, elpolicloruro de vinilo y el poliest ireno.

Como sabemos, la naturaleza química de un plást ico depende del monómero, unidadrepet it iva, que compone la cadena del polímero. Por ejemplo, las poliolefinas estáncompuestas por monómeros de olefinas, que son hidrocarburos de cadena abierta con almenos un doble enlace. El poliet ileno es una poliolefina cuyo monómero es el et ileno.

Otros t ipos de polímeros son los acrí licos (como el polimetacrilato), los poliest irenos, loshalogenuros de vinilo (como el policloruro de vinilo), los poliésteres, los poliuretanos, laspoliamidas (como el nylon), los poliéteres, los acetatos y las resinas fenólicas, celulósicas oamínicas. En general, la fabricación de los plást icos implica cuatro pasos básicos: obtención de lasmaterias primas, síntesis del polímero básico, obtención del polímero como un productout ilizable industrialmente y moldeo o deformación del plást ico hasta su forma definit iva.

En cuanto a las materias primas ut ilizadas, debemos mencionar que en un comienzo lamayoría de los plást icos se fabricaban a part ir de resinas de origen vegetal, como lacelulosa (del algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites de semillas yderivados del almidón o del carbón, la caseína de la leche, etc.

Sin embargo, la mayoría de los plást icos que se elaboran en la actualidad, ut ilizan comomaterias primas cualquiera de los subproductos del petróleo debido a su bajo costo y altaversat ilidad. No obstante, dado que las existencias mundiales de petróleo t ienen un límite,se están invest igando otras fuentes de materias primas, como la gasificación del carbón.

De acuerdo al uso que se le dará al material plást ico, éste deberá presentar algunapropiedad determinada. Para ello, se ut ilizan los adit ivos químicos. Por ejemplo, losant ioxidantes protegen al polímero de degradaciones químicas causadas por el oxígenoo el ozono. De una forma parecida, los estabilizantes lo protegen de la intemperie. Losplast ificantes producen un polímero más flexible, los lubricantes reducen la fricción y lospigmentos colorean los plást icos. Algunas sustancias igní fugas y ant iestát icas también seut ilizan como adit ivos.

En consecuencia, las técnicas empleadas para conseguir la forma final y el acabado delos plást icos dependen de tres factores: t iempo, temperatura y deformación.

c. Aplicación de los plást icos

Los plást icos t ienen cada vez más aplicaciones en los sectores industriales y de consumo.

Por ejemplo, el poliet ileno de baja densidad, en forma de rollos de plást ico t ransparente, secomercializa regularmente para ser ut ilizados como envoltorios.

El poliet ileno de alta densidad, se ut iliza para películas plást icas más gruesas, como lasusadas en las bolsas de basura.

Otros productos empleados frecuentemente para el empaquetado son: el poliest ireno, elpolicloruro de vinilo (PVC), el policloruro de vinilideno y el polipropileno. Especialmente esteúlt imo, ya que gracias a sus propiedades, otorga una muy buena barrera contra el vapor deagua, por lo que t iene aplicaciones domést icas en forma de películas plást icas y, en forma defibra, se ut iliza para fabricar alfombras y sogas.

La construcción es otro de los sectores que más ut iliza todo t ipo de materiales plást icos,incluidos los de empaquetado, descritos anteriormente. El poliet ileno de alta densidad se usaen tuberías, del mismo modo que el PVC. Éste, además se emplea en forma de láminas comomaterial de construcción. Muchos plást icos se ut ilizan para aislar cables e hilos, y elpoliest ireno aplicado en forma de espuma, sirve para aislar paredes y techos. También sehacen marcos para puertas, ventanas y techos, molduras y otros art ículos.

Además de la construcción, otros sectores industriales dependen también de estosmateriales en la actualidad. Por ejemplo, ciertos plást icos muy resistentes se ut ilizan parafabricar piezas de motores, colectores de toma de aire, tubos de combust ible, botes deemisión, bombas de combust ible, carcasas para equipos de oficina, disposit ivos electrónicos yherramientas. La mayor parte de las carrocerías de automóviles están hechas de plást icosreforzados con fibra de vidrio.

Entre las aplicaciones de los materiales plást icos en productos de consumo, seencuentran los juguetes, las maletas y los art ículos deport ivos.

Debido a que los plást icos son relat ivamente inertes, los productos terminados norepresentan ningún peligro para el fabricante o el usuario. Sin embargo, se ha demostrado quealgunos monómeros o ciertos solventes (como el benceno) ut ilizados en la fabricación deestos materiales pueden producir cáncer.

En cuanto a los inconvenientes que ocasiona la industria del plást ico, estos problemasson similares a los de la industria química en general, es decir, la alta contaminación que seprovoca. Como se sabe, la mayoría de los plást icos sintét icos no pueden ser degradados porel entorno porque, a diferencia de las fibras naturales, o inclusive del metal y del vidrio, no seoxidan ni se descomponen con el t iempo. Así, a pesar de haberse desarrollado algunosplást icos degradables, ninguno ha demostrado ser viable para las condiciones requeridas en la

mayoría de los vertederos de basuras.

En definit iva, la eliminación de los plást icos representa un problema medioambiental. Elmétodo más práct ico para solucionar este problema es el reciclaje, que se ut iliza, por ejemplo,con las botellas de bebidas gaseosas fabricadas con tereftalato de poliet ileno. En este caso, elreciclaje es un proceso bastante sencillo.

• Celuloide: Nombre comercial con el que se conoce un t ipo especial de plást ico sintét icoproducido al mezclar nit rato de celulosa, o piroxilina, con pigmentos y agentes de rellenoen una disolución de alcanfor y alcohol.

Al calentarse, se vuelve flexible y maleable, y puede moldearse en numerosas formas.Una vez frio y seco, el material se hace duro. El celuloide es t ransparente e incoloro, y lapasta puede colorearse, enrollarse y moldearse en formas determinadas.

Dentro de la grandes ventajas que presenta este material, destacan un alto brillo, bajocosto y alta durabilidad, ya que no se tuerce, no se decolora y no le afecta la humedad.

Sin embargo, su principal inconveniente es una alta inflamabilidad, y a pesar de lasmodificaciones introducidas en su elaboración para reducir el peligro de incendio, ha sidoreemplazado por otros materiales en numerosas aplicaciones, como es el caso de lascintas cinematográficas.

• Metacrilato: Nombre común del polimetacrilato de met ilo, polímero sintét ico obtenidopor adición de radicales libres del monómero llamado metacrilato de met ilo,CH2=CCH3COOCH3.

En el laboratorio,, se obt iene calentando el monómero en presencia de un iniciador, luegode esto, la reacción se propaga hasta formar un macrorradical y el proceso se termina pordesproporción.

En la industria, la polimerización se controla hasta que se obt iene una consistencia dejarabe el que luego se vierte en un molde, entre láminas de vidrio vert icales, donde terminala polimerización.

El resultado es un plást ico t ransparente, incoloro aunque fácil de colorear, y que adoptala formadel recipiente que lo cont iene. Además de poseer excelentes propiedadesópt icas, es resistente a la intemperie, a los golpes, a las disoluciones diluidas de ácidos ybases, y a la abrasión.

En general, se ut iliza en la fabricación de múlt iples productos, como tulipas, diales,mangos, objetos de bisutería, carteles y lentes. Se encuentra disponible en hojas, barras,tubos por fusión y en composiciones por moldeo y extrusión.

• Poliest ireno: Son materiales obtenidos de la polimerización del est ireno. Según sea el t ipo de monómero del est ireno ut ilizado en la polimerización, se puedendist inguir diversos t ipos de poliest irenos que poseen propiedades químicas y físicas muydiferentes.

Por ejemplo, el poliest ireno cristal es un polímero puro del est ireno, sin modificadores, loque lo convierte en un material t ransparente, quebradizo e inflamable, pero con muybuenas propiedades eléctricas.

El poliest ireno expandido se prepara por polimerización en suspensión del est ireno enpresencia de agentes aireantes y, a part ir de él, se obt ienen las espumas aislantes;también se ut iliza para embalar productos aliment icios y objetos frágiles.

Otro poliest ireno, t raslúcido, muy resistente al impacto y a las bajas temperaturas, es elpoliest ireno de impacto que se obt iene por polimerización del est ireno en presencia decaucho buna. Es menos resistente a la alteración química y al envejecimiento que elpoliest ireno clásico, y se ut iliza sobre todo, en las instalaciones de refrigeración y en lafabricación de tapones, vasos desechables y lámparas.

La polimerización del est ireno con propenonitrilo genera otro t ipo de poliest ireno muyresistente al rayado y a la acción de los agentes químicos. Este material es untermoplást ico cuya polimerización se lleva a cabo en masa o en suspensión, medianteradicales libres.

• Poliet ileno: Material obtenido al polimerizar monómeros de et ileno y que se designacon la sigla PE. Es uno de los materiales plást icos de mayor producción.

Según el proceso de polimerización, se dist inguen varios t ipos de poliet ilenos: el de bajadensidad, el de alta densidad y los lineales de baja densidad.

El poliet ileno de baja densidad (LDP), es un polímero ramificado que se obt iene por lapolimerización en masa del et ileno, mediante un mecanismo de radicales libres, a altapresión. Es un sólido más o menos flexible, ligero y buen aislante eléctrico que presenta, además,una gran resistencia mecánica y química.

Gracias a sus característ icas y bajo costos, se ut iliza mucho para envasado,revest imiento de cables y en la fabricación de tuberías.

A part ir del poliet ileno de baja densidad se obt iene el poliet ileno ret iculado (con enlacesentre cadenas vecinas), que es un material rígido y mucho más resistente a la t racción yal cambio de temperatura. Se ut iliza para proteger y aislar líneas eléctricas de tensiónbaja y media.

El proceso de polimerización del poliet ileno de alta densidad (HDP), se lleva a cabo a bajapresión y con catalizadores en suspensión. Debido a esto, se obt iene un polímero muycristalino, de cadena lineal muy poco ramificada.

Su resistencia química y térmica, así como su opacidad, impermeabilidad y dureza sonsuperiores a las del poliet ileno de baja densidad, aunque este últ imo es más resistente alagrietamiento y los impactos.

Este poliet ileno es ampliamente ut ilizado en la construcción y también para la fabricaciónde prótesis, envases, balones para gases y contenedores de agua y combust ible.

El poliet ileno lineal de baja densidad (LDLP), se obt iene al polimerizar et ileno con unalqueno (especialmente 1-buteno) a baja presión, en disolución, suspensión o fasegaseosa, y en presencia de catalizadores. Se trata de un polímero lineal conramificaciones cortas que hacen que su temperatura de fusión y su resistencia a latracción y al agrietamiento sean superiores a las del poliet ileno de baja densidad.

El LDLP se emplea en el recubrimiento de cables y en la fabricación de objetosmoldeados por extrusión o soplado.

• PVC: Siglas con que se designa el policloruro de vinilo, (CH2 -CHCl-)n, polímero sintét icode adición que se obt iene por la polimerización del cloruro de vinilo CH2 = CHCl. Su masamolecular relat iva puede llegar a ser de 1.500.000.

El proceso de polimerización se efectúa en suspensión acuosa, ut ilizando un jabón comoemulsionante y un persulfato como iniciador, y t ranscurre en las t res etapas t ípicas de lasreacciones por radicales libres: iniciación, propagación y terminación.

En la etapa de iniciación, un radical libre reacciona con el cloruro de vinilo para dar un

radical libre de cloruro de vinilo:

Durante la propagación, el radical del monómero reacciona con más moléculas de clorurode vinilo obteniéndose un macrorradical:

La últ ima etapa, es decir la etapa de terminación, es una reacción de acoplamiento dedos macrorradicales. El PVC es un plást ico duro, resistente al fuego, a la luz, a los productos químicos, a losinsectos, a los hongos y a la humedad. Es igní fugo, no se rompe ni se ast illa, ni se mellafácilmente.

Todas estas propiedades, y el hecho de que no requiera ser pintado y que puedareciclarse, implican un bajo costo de mantenimiento y un menor impacto ambiental.

Su rigidez permite ut ilizarlo en la fabricación de tuberías, láminas y recubrimientos desuelos. Se hace flexible al mezclarlo con un plast ificante, generalmente un poliésteralifát ico, siendo ut ilizado como aislante de tendidos eléctricos, como cuero sintét ico, parala fabricación de envases de alimentos y de art ículos impermeables.

• Teflón: Este material es una resina resistente al calor y a los agentes químicos, que seobt iene por polimerización, a alta presión, del tetrafluoret ileno (CF2CF2) con un iniciadorde radicales libres. La energía que se desprende en la reacción de polimerización es tanelevada que se deben tomar bastantes precauciones para evitar una probable explosión.

Este plást ico puede resist ir temperaturas hasta de 300 ºC y se caracteriza porpresentar una extraordinaria inercia química frente a todos los disolventes y agentesquímicos, exceptuando los metales alcalinos en estado fundido, y al flúor a presión ytemperaturas elevadas.

Frente al agua presenta una resistencia completa y una absorción absolutamente nula.

El teflón es incombust ible, no inflamable, ant iadherente y no absorbe olores ni sabores.Además es aislante eléctrico y presenta resistencia total al envejecimiento y a los rayosult ravioletas.

Todas estas propiedades, junto a sus elevadas tenacidad y flexibilidad, convierten alteflón en un material con múlt iples aplicaciones como por ejemplo, revest imiento para hiloseléctricos y cables, vainas de protección, bobinas de motores, diafragmas y membranas;moldeado y fabricación de utensilios de uso domést ico y art ículos de todo t ipo.

1.3 Caucho

Esta sustancia, de origen natural o sintét ica, que se caracteriza por su elast icidad,repelencia al agua y resistencia eléctrica también se conoce con el nombre de hule.

El caucho natural se obt iene de un líquido lechoso de color blanco llamado látex, que seencuentra en numerosas plantas. El caucho sintét ico se prepara a part ir de hidrocarburosinsaturados.

Las principales fuentes de caucho puro son las láminas y planchas de látex obtenido delas plantaciones del árbol Hevea, además del látex no coagulado, empleado en algunasindustrias.

El caucho, en estado natural ,es un hidrocarburo blanco o incoloro.

El compuesto de caucho más simple es el isopreno o 2-met ilbutadieno, cuya fórmulaquímica es C5H8.

A la temperatura del aire líquido, alrededor de -195 ºC, el caucho puro es un sólido duro ytransparente. De 0 a 10 ºC es frágil y opaco, y por encima de 20 ºC se vuelve blando, flexible ytranslúcido. Al amasarlo mecánicamente, o al calentarlo por encima de 50 ºC, adquiere unatextura de plást ico pegajoso. A temperaturas de 200 ºC o superiores se descompone.

El caucho puro es insoluble en agua, álcalis o ácidos débiles, y soluble en benceno,petróleo, hidrocarburos clorados y disulfuro de carbono. Con agentes oxidantes químicos seoxida rápidamente, pero con el oxígeno de la atmósfera lo hace lentamente.

Actualmente, para la fabricación de art ículos de caucho natural, éste se t rata junto a

otras sustancias y se procesa mecánicamente. La mezcla obtenida, se coloca en moldes parasu posterior vulcanizado.

El caucho vulcanizado t iene más elast icidad y mayor resistencia a los cambios detemperatura que el no vulcanizado; además es impermeable a los gases y resistente a laabrasión, a los agentes químicos, al calor y a la electricidad. También posee un alto coeficientede rozamiento en superficies secas y un bajo coeficiente de rozamiento en superficiesmojadas por agua.

El principal agente vulcanizante sigue siendo el azufre, aunque también se empleanciertos elementos no metálicos como el selenio y el teluro, con una elevada proporción deazufre.

En la fase de calentamiento del proceso de vulcanización, el caucho se mezcla con elazufre y con el resto de los adit ivos. La proporción azufre-caucho varía entre un 1:40 para elcaucho blando hasta un 1:1 en el caucho duro.

La vulcanización en frío, que se ut iliza para fabricar art ículos de caucho blando comoguantes y art ículos de lencería, se lleva a cabo por exposición al vapor de cloruro de azufre(S2CI2). Los agentes aceleradores de la vulcanización que se empleaban en un principio eransolamente óxidos metálicos como el blanco de plomo y la cal. Sin embargo, actualmente seut iliza una amplia variedad de aminas orgánicas.

El caucho reciclado, calentado con álcali de 12 a 30 horas, puede emplearse comoadulterante del caucho crudo para rebajar el precio final del producto. La cant idad de cauchoreciclado que se puede ut ilizar dependerá de la calidad del art ículo que se quiera fabricar.

Además de la vulcanización, en la mayoría de los casos, el caucho bruto se mezcla connumerosas sustancias que modifican sus característ icas.

Existen adit ivos que est iran el caucho pero no lo endurecen materialmente, como elcarbonato de calcio y la barit ina o sulfato de bario. También se pueden añadir otras sustanciasque le confieran mayor dureza al producto final, como el carbonato de magnesio y ciertasarcillas.

Otros adit ivos ut ilizados son algunos pigmentos como el óxido de zinc, el litopón y muchost intes orgánicos, además de agentes ablandadores, como ciertos derivados del petróleo(aceites y ceras), la brea de pino o los ácidos grasos, que se usan cuando el caucho esdemasiado rígido para mezclarse con otras sustancias.

Antes de mezclarlo con otras sustancias, el caucho es sometido a un proceso detrituración, llamado mast icación, que lo vuelve suave, pegajoso y plást ico. En este estado, elcaucho está en mejores condiciones para mezclarse con los adit ivos mencionadosanteriormente, proceso que ocurre en las máquinas mezcladoras.

Luego del mezclado y plast ificado, el caucho puede pasar a un proceso de sat inación o auno de extrusión, dependiendo del uso que se le quiera dar.

Las máquinas sat inadoras se usan para producir láminas de caucho con o sin dibujos,como las estrías en los neumáticos de los automóviles, para comprimir el caucho y darletextura de tejidos o cuerdas, y para revest imiento del caucho con más capas del mismo.

Mediante el proceso de extrusión, el caucho se prensa a t ravés de troqueles, formándoset iras aplastadas, tubulares o de una forma determinada. Este proceso se emplea en lafabricación de tuberías, mangueras y productos para sellar puertas y ventanas.

Una vez fabricados, la mayoría de los productos del caucho se vulcanizan bajo presión yalta temperatura. Muchos productos se vulcanizan en moldes y se comprimen en prensashidráulicas, aunque la presión necesaria para una vulcanización eficaz se puede conseguirsometiendo el caucho a la presión externa o interna del vapor durante el calentamiento.

En comparación con el caucho vulcanizado, el caucho no tratado t iene muy pocasaplicaciones. Se usa en cementos, cintas aislantes, cintas adhesivas y como aislante enmantas y zapatos.

El caucho vulcanizado t iene variadas aplicaciones. Por su resistencia a la abrasión, elcaucho blando se ut iliza en los dibujos de los neumáticos de los automóviles y en las cintastransportadoras; el caucho duro se emplea para fabricar carcasas de equipos de bombeo ytuberías ut ilizadas para perforaciones con lodos abrasivos.

Por su flexibilidad, se ut iliza frecuentemente para fabricar mangueras, neumáticos yrodillos para una amplia variedad de máquinas, desde los rodillos para escurrir la ropa hasta losut ilizados en las imprentas.

Por su elast icidad, se usa en varios t ipos de amort iguadores y mecanismos de lascarcasas de ciertas máquinas para reducir las vibraciones.

Al ser relat ivamente impermeable a los gases, se emplea para fabricar mangueras de aire,globos y colchones. Su resistencia al agua y a la mayoría de los productos químicos líquidosse aprovecha para fabricar ropa impermeable, t rajes de buceo, tubos de laboratorio y sondaspara la administración de medicamentos, revest imientos de tanques de almacenamiento,máquinas procesadoras y vagones aljibes para t renes.

Por su resistencia a la electricidad, el caucho blando se ut iliza en materiales aislantes,guantes protectores, zapatos y mantas, y el caucho duro se usa para las carcasas deteléfonos, piezas de aparatos de radio, medidores y otros instrumentos eléctricos. Elcoeficiente de rozamiento del caucho, alto en superficies secas y bajo en superficies húmedas,se aprovecha para correas de transmisión y cojinetes lubricados con agua en bombas parapozos profundos.

a. Espuma de caucho y productos moldeados

La espuma de caucho se elabora directamente a part ir del látex con sustanciasemulsificantes.

La mezcla se bate mecánicamente en una máquina donde se forma una gran espuma quese vierte en moldes y se vulcaniza por calentamiento para fabricar objetos como colchones y

almohadas.

El látex puede moldearse para hacer art ículos como juguetes o guantes de goma,introduciendo moldes de porcelana o de yeso blanco dentro del látex concentrado. De estemodo, la capa de látex se adhiere al molde y se extrae después de la vulcanización.

b. Caucho sintét ico

Sustancia elaborada en forma art ificial y que posee las mismas propiedades del cauchonatural.

Se obt iene por reacciones químicas de condensación o polimerización de determinadosmonómeros de un hidrocarburo insaturado llamado isopreno.

Después de su fabricación, el caucho sintét ico también debe someterse al proceso devulcanización.

c. Tipos de caucho sintét ico

• Neopreno: Este polímero es uno de los primeros cauchos sintét icos desarrollados enun laboratorio (en el año 1931). Se obt iene por polimerización del cloropreno. Las materiasprimas para sintet izar cloropreno son el et ino y el ácido clorhídrico. El neopreno t iene lapropiedad de ser altamente resistente al calor y a productos químicos como aceites ypetróleo. Se emplea en tuberías de conducción de petróleo y como aislante en cables ymaquinaria industriales.

• Buna o caucho art ificial: En 1935 se logró sintet izar esta serie de cauchos llamadoscauchos buna, obtenidos por un proceso de copolimerización, que consiste en lapolimerización de dos monómeros denominados comonómeros. La palabra buna se derivade las letras iniciales de butadieno (uno de los comonómeros), y natrium (sodio), empleadocomo catalizador. En la buna N, el otro comonómero es el propenonitrilo (CH2 = CH(CN)),que se produce a part ir del ácido cianhídrico. La buna N es muy út il en aquellos casosdonde se requiere resistencia a la acción de aceites y a la abrasión. Industrialmente, elcaucho Buna se obt iene por copolimerización de butadieno y est ireno (buna S).

• Caucho de butilo: Este t ipo de caucho sintét ico, fue producido por primera vez en1949. Se obt iene por la copolimerización de isobut ileno con butadieno o isopreno. Este materiales plást ico y puede trabajarse como el caucho natural, pero es difícil de vulcanizar.Aunque no es tan flexible como el caucho natural y otros productos sintét icos, es muyresistente a la oxidación y a la acción de productos corrosivos. Debido a su bajapermeabilidad a los gases, se ut iliza en las cámaras interiores de los neumáticos.

d. Otros cauchos especiales

Se han desarrollado numerosos t ipos de cauchos con propiedades específicas paraaplicaciones y usos especiales.

Uno de estos cauchos especiales es el coroseal, un polímero de cloruro de vinilo (CH2 =CHCl). Estos polímeros son resistentes al calor, la corrosión y la electricidad, y no se deterioranpor la acción de la luz ni por un almacenamiento prolongado. El coroseal no se puedevulcanizar, pero mientras no se le someta a altas temperaturas, se muestra más resistente ala abrasión que el caucho natural o el cuero.

Otro t ipo de caucho especial es el t iocol, que se obt iene por copolimerización de diclorurode et ileno (CHCl = CHCl) y tetrasulfuro de sodio (Na2S4). Puede trabajarse y vulcanizarse delmismo modo que el caucho natural y se caracteriza por ser muy resistente a la acción de losaceites y los disolventes orgánicos usados en los barnices. Se emplea para aislamientoseléctricos ya que no se deteriora con la luz ni la electricidad.

Muchos otros t ipos de caucho sintét ico se producen con métodos parecidos a losdescritos anteriormente.

La introducción de algunos cambios en los procesos de polimerización, ha mejorado lacalidad de los productos y ha abaratado, en gran medida, los costos de producción.

Uno de los mayores avances en este campo, ha sido el uso del petróleo como adit ivo, quepermite la conservación de enormes cant idades de caucho sintét ico almacenado. Gracias aello, se ha conseguido fabricar neumáticos de larga duración.

GLOSARIO

ÁcidoEspecie química que libera iones hidrógeno H+ (definición de Lowry – Brønsted, que eneste respecto coincide con la definición clásica de Arrhenius).

Ácido carboxílicoÁcido que cont iene el grupo funcional carboxilo, -COOH.

Ácidos nucleicosBiopolímero con unidades monoméricas formadas por un azúcar, un grupo fosfato y unabase orgánica.

AlcanoCompuesto orgánico de cadena abierta que cont iene sólo carbono e hidrógeno y quecarece de enlace doble o t riple.

AlcoholCompuesto orgánico que cont iene el grupo hidróxilo, -OH.

AminoácidoMolécula con un grupo amino en el carbono adyacente al grupo carboxí lico.

Alqueno

Compuesto orgánico de cadena abierta que cont iene sólo carbono e hidrógeno y quet iene uno o más enlaces dobles C=C.

Alquimia

Act ividad desarrollada en la Edad Media. Mezcla de filosofía, mist icismo, magia y química.Su objet ivo principal fue la t ransformación de los metales comunes en oro.

Alquino

Compuesto orgánico de cadena abierta, const ituido exclusivamente por carbono ehidrógeno y que cont iene uno o más enlaces triples

Anodizado

Procedimiento mediante el que se somete un metal o recubrimiento metálico a un procesode oxidación electroquímica, funcionando dicho metal como ánodo de la celdaelectroquímica.

Átomo

Es la part ícula más pequeña que posee las propiedades de un elemento. Toda la materiaestá compuesta de átomos.

Azurita

Mineral de cobre de interés industrial, cuya fórmula es CuCO3 x Cu(OH)2

BaseEspecie química que capta iones hidrógeno H+ (definición de Lowry – Brønsted).

Calor

Es un flujo de energía que se produce entre cuerpos que se hallan a diferentetemperatura. (Recordar lo aprendido en física en relación con las formas en que setransfiere calor: conducción, convección y radiación).

Cambio de estadoEs la interconversión de la materia entre los estados sólido, líquido o gaseoso.

Cambio físicoEs el cambio de la materia en el que no se modifica la ident idad y composición de lasustancia en cuest ión. Este cambio es reversible. Por ejemplo: evaporación del agua.

Cambio químicoEs la t ransformación en la materia que produce un cambio de la ident idad de una o mássustancias, es un cambio irreversible. Por ejemplo: combust iones y oxidaciones.

Capa de valenciaNivel de energía de un átomo que determina sus propiedades químicas, en part icular laformación de enlaces. Ciencia experimentalEstudio cuyos principios y leyes provienen de la experimentación, es demostrable y puedetener aplicación práct ica. Compuesto covalenteCompuesto que cont iene sólo enlaces covalentes.

Compuesto orgánicoCompuesto que cont iene carbono, por lo común en combinación con hidrógeno, oxígeno onit rógeno, menos frecuente con fósforo, halógenos o azufre.

Configuración electrónicaDistribución de los electrones en los diversos niveles energét icos de un átomo, ión omolécula.

Datación radioact ivaMétodo usado para determinar la edad de objetos de interés cientí fico, histórico oarqueológico y que se basa en la determinación de la cant idad relat iva o concentración deun isótopo inestable, de vida media relat ivamente larga.

Desnaturalización

Perturbación estructural de una proteína con pérdida de su función.

Dismutación

Proceso de oxido-reducción interno, en el que un átomo en un compuesto se oxida entanto que otro (s) átomo(s) del mismo t ipo se reduce(n).

Disolución amort iguadora (disolución Buffer)Solución que cont iene un ácido o base débil y una de sus sales, que t iene la propiedad demantener el pH dentro de un estrecho rango cuando se le adicionan cant idades discretasde ácidos o bases.

Efecto estéricoInfluencia sobre la velocidad relat iva de reacción del arreglo espacial de átomos o gruposen el sit io de reacción o próximo a éste que retarda o práct icamente impide la reacción.

Electroafinidad (afinidad electrónica)Es la energía asociada a la captación de un electrón por la capa de valencia de un átomo.

Electrófilo

Especie que presenta alguna deficiencia de electrones o que t iene carga posit iva y que seenlaza a átomos, part icularmente carbono, en especies de alta densidad de cargaelectrónica o con carga negat iva.

ElectrometalurgiaProceso de obtención, separación o purificación de un metal que ocupa un métodoelectroquímico.

ElectronegatividadCapacidad de un átomo, en una molécula, para atraer los electrones hacia sí .

Elemento químicoEs una sustancia const ituida por un solo t ipo de átomos, que puede formar parte de todaslas demás sustancias.

Energía de enlaceEnergía necesaria para romper un enlace. Por lo general se refiere a 1 mol de enlaces y seexpresa en kJ x mol-1

Energía de ionización (potencia de ionización)Energía necesaria para desprender un electrón de un átomo aislado al estado gaseoso yllevarlo al infinito. Corresponde a la energía involucrada en el proceso.

Energía internaComprende todas las formas de energía de un sistema y se compone de las energíaspropias de las part ículas y de sus interacciones.

Energía libre (G)Función de estado termodinámica que permite determinar la dirección en que ocurre unproceso en forma espontánea. Se define formalmente ΔG = ΔH-TΔS, en la que H es laentalpía del sistema, T su temperatura absoluta (en grados Kelvin) y S, su entropía.

Enlace covalenteFuerza que mant iene unidos a dos átomos, cuando comparten uno o más pares deelectrones.

Enlace iónicoAtracción entre átomos con carga opuesta en un compuesto iónico. Se produce cuandoun átomo cede uno o más electrones y el otro lo(s) acepta.

Enlace metálicoEnlace formado por elementos metálicos que es fuertemente deslocalizado.

Entalpía (H)Función de estado termodinámica que se define formalmente como H = E + PV, en dondeE es la energía interna del sistema, P su presión y V el volumen que éste ocupa.

EntornoEs la parte externa de un sistema termodinámico y que junto a éste conforma el universo.

Entropía (S)Función de estado termodinámica que se relaciona con el grado de ordenamiento del

sistema.

EspectroscopioAparato que separa en sus componentes de longitud de onda característ ica la radiaciónelectromagnét ica emit ida o absorbida por un átomo.

EspontaneidadUn proceso es termodinámicamente espontáneo cuando ocurre en una determinadadirección, si un sistema es abandonado a su suerte. Todos los procesos que ocurren conuna disminución de la llamada energía libre son espontáneos.

Estabilidad cinét icaSe dice que una sustancia o sistema es cinét icamente estable frente a unatransformación dada, si ella ocurre con una velocidad muy pequeña.

Estabilidad termodinámicaUn sistema es termodinámicamente estable frente a un proceso determinado si éste noocurre en forma espontánea (ΔG >0).

Estado de equilibrioEstado de un sistema en el que las variables de estado se mant ienen indefinidamenteinalteradas mientras no se cambien las condiciones del entorno.

Estado o número de oxidaciónSe define formalmente, para un átomo en un compuesto binario, como el número deelectrones que gana o pierde dicho átomo para formar un compuesto.

EstequiometríaProporción en que los elementos o compuestos reaccionan entre sí .

Estereoquímica

Representación de una molécula en el espacio t ridimensional, de modo que refleja la realubicación de sus átomos o grupos atómicos.

ÉsteresCompuestos orgánicos de fórmula R-COO-R.

Estructura de LewisRepresentación de los electrones de la capa de valencia de un átomo mediante puntos.Los enlaces covalentes simples entre dos átomos se representan por un par de puntos opor un trazo, los enlaces dobles por dos pares de puntos o por dos trazos, y asísucesivamente.

Evaluación sensorialEs el paso de una secuencia dest inada a ident ificar las característ icas de las sustanciasque no pueden expresarse por medio de un valor matemático, como lo son el aroma y elsabor.

Factores de estabilidad nuclearSon los factores de los que depende la estabilidad de un núcleo. Ellos son el cuocienteneutrón / protón y la paridad (número par o impar de protones y neutrones).

Fisión nuclearFenómeno de ruptura de un núcleo en fragmentos de menor masa.

Función de estadoFunción cuyo valor depende del estado actual de un sistema y no de su historia previa. Las principales funciones de estado son la energía interna, la entalpía, la entropía y laenergía libre.

Fusión nuclearFenómeno de unión de dos núcleos o part ículas para formar un núcleo de mayor masa.

GalvanizadoProcedimiento de protección de un metal, predominantemente hierro, frente al dañoproducido por la oxidación mediante su recubrimiento con una capa de zinc.

GasEstado de la materia en que sus moléculas t ienen alta energía cinét ica. Entre lasmoléculas de un gas existe poca fuerza de atracción.

Gas noble Elemento del grupo 0 (18), He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn. Los gases nobles se caracterizan por susniveles “np” completos (a excepción del He que completa la capa 1s) y son elementos deescasa, pero no nula, react ividad química. Por ello no se deben denominar “gasesinertes”.

GenomaEstructura genét ica completa de un organismo.

Grupo funcionalConjunto de átomos enlazados de una determinada manera, que caracteriza elcomportamiento físico-químico de las moléculas que lo cont ienen. Ejemplos t ípicos sonlos grupos funcionales ácido carboxí lico (R-COOH), alcohol (R-OH) y éster (R-COO-R).

HibridaciónCombinación algebraica de orbitales atómicos de energía similar, para generar un númeroequivalente de orbitales “mezclados” o “híbridos”.

Hidratación

Fenómeno por el cual un ión o molécula se rodea de moléculas de agua. Para el casogeneral de cualquier disolvente el proceso se denomina solvatación.

HidrometalurgiaMétodo de obtención, separación o purificación de un metal que ut iliza soluciones osuspensiones acuosas.

Hipótesis cient íficaEs una posible explicación a un hecho o fenómeno del cual puede haber o noantecedentes previos.

Ión dipolarEspecie neutra, característ ica de aminoácidos, que muestra dos polos de carga opuesta.

Ión monoatómicoEspecie eléctricamente cargada que consiste de sólo un átomo.

Ión poliatómicoEspecie eléctricamente cargada consistente de dos o más átomos.

Indicador ácido-baseSustancia que manifiesta un cambio (por lo general de color) a determinado valor de laconcentración de iones H+ en la disolución.

IrreversibilidadEn un sent ido no riguroso, alude a la calidad de procesos (irreversibles) en un sistema queocurren cuando se alteran las condiciones del entorno, en una sola dirección, es decir, noen dirección contraria.

Isómeros geométricosMoléculas con idént ico número de átomos y enlaces, pero con diferente distribuciónespacial.

Isótopo

Especie atómica caracterizada por un cierto número de protones y neutrones. Para unmismo elemento se pueden dar varios isótopos, cuyos núcleos difieren sólo en el númerode neutrones.

Latroquímica

Act ividad posterior a la alquimia, considerada como el arte de curar sobre la base deextraños vegetales y otros preparados.

LeyEs la expresión matemática u oral de un fenómeno en el cual se observa regularidad en sucomportamiento.

Leyes de Faraday de la electrólisisLeyes descubiertas por Michael Faraday, en 1833, que establecen relaciones cuant itat ivasentre la cant idad de corriente que ha circulado por una celda electroquímica y la masa desustancia t ransformada.La cant idad de sustancia o cambio químico producido por lacorriente eléctrica es proporcional a la carga eléctrica que ha circulado por la celdaelectrolí t ica.Para una misma cant idad de carga eléctrica que ha circulado por una celda electrolí t ica, lacant idad de sustancia o cambio químico producido es proporcional al peso equivalente dela sustancia. Éste se define como la masa molar, expresada en gramos, asociada a lacaptación o cesión de un electrón durante el proceso electroquímico para cada una de lasespecies en una cant idad igual a un número de Avogadro. (Véase unidad Faraday).

Lixiviación bacterianaProceso ut ilizado para disolver minerales, principalmente de cobre, uranio y oro, ut ilizandocult ivos de bacterias.

MateriaEs todo lo que t iene masa y ocupa un lugar en el espacio.

Mecanismo de reacciónDescripción de una secuencia de eventos que se postula que ocurren a nivel molecularcuando los reactantes se transforman en productos.

MenaMaterial de un yacimiento mineral, disponible en una concentración tal que permite suprocesamiento para la obtención del correspondiente metal.

MetalurgiaEs la ciencia que trata de la obtención de un metal a part ir de su mineral, en un estadoapropiado de pureza para el empleo al que se le va a dest inar.

Método cuantitat ivoSecuencia de pasos dest inados a obtener de las sustancias característ icas medibles, pormedio de un valor matemático, como, por ejemplo, análisis de masa y densidad.

Método del ión electrónProcedimiento de igualación que se aplica primero, independientemente, a las ecuacionesde las semi-reacciones de oxidación y de reducción. En una segunda etapa éstas se relacionan para representar la reacción completa deóxido-reducción (o redox), cuidando que el número de electrones cedidos en la semi-reacción de oxidación sea igual al número de electrones aceptados en la reducción.

MetalesElementos de brillo característ ico, que conducen bien la corriente eléctrica y el calor.

MetaloideElemento con propiedades intermedias a las de los metales y los no metales. Suconduct ividad eléctrica aumenta al elevar la temperatura.

MezclaCombinación de sustancias en la que cada una conserva sus característ icas individuales.

Modelo planetarioModelo que describía al átomo como un diminuto sistema solar, en el que los electronesgiraban alrededor del núcleo de manera análoga a como lo hacen los planetas alrededordel sol. Este modelo fue superado ya que no corresponde a una realidad física.

Molalidad (m)Unidad de concentración de disoluciones que se define como el número de moles desoluto disuelto en 1 kilogramo de disolvente.

Molaridad (M)Unidad de concentración definida por el número de moles de soluto o de especies iónicasen 1 lit ro de disolución.

MonómeroCompuestos a part ir de los cuales se preparan polímeros.

No metalElemento que es mal conductor del calor y de la electricidad. Nucleófilo Especie que presenta un par electrónico no compart ido o con carga negat iva, queespecíficamente ataca a un átomo, generalmente de carbono, de una molécula queexhibe baja densidad de carga electrónica o carga posit iva.

Número de Avogadro6,0221 x 1023

Es el número de part ículas en 1 mol.

Número másicoSuma del número de protones y neutrones en un átomo específico.

Observación

Acto de examinar atenta y objet ivamente por medio de los sent idos un fenómeno uobjeto.

Orbital

Se puede definir como una región del espacio alrededor del núcleo atómico que puedeestar ocupada por 1 ó 2 electrones. (Esta no es una definición rigurosa, ya que el orbital esuna función matemática o función de onda característ ica, que es solución de la ecuaciónde ondas de Schrödinger. Para el caso de un átomo se designan como orbitales atómicos,mientras que en las moléculas se conocen con el nombre de orbitales moleculares).

Osmosis

Paso de moléculas de disolvente a t ravés de una membrana semipermeable, que semanifiesta por un flujo neto de disolvente desde una disolución diluida o desde eldisolvente puro hacia una disolución más concentrada.

Osmosis inversaEs el fenómeno inverso al espontáneo de osmosis y se logra aplicando una presión a unasolución concentrada de modo que las moléculas de solvente pasen a t ravés de unamembrana semipermeable hacia otra disolución más diluida o hacia el disolvente puro.

Oxidación

Proceso que involucra, formalmente, la cesión de uno o más electrones por parte de unátomo (o un grupo de átomos). Se dice que éste (o éstos) se oxida(n).

Part ícula Alfa αNúcleo de helio, 2He4, emit ido durante ladesintegración radiact iva.

Part ícula Beta βElectrón emit ido durante la desintegración radiact iva.

Part ícula Gama γFotón emit ido por un núcleo excitado. Más propiamente se habla de radiación, puesto quese trata de radiación electromagnét ica de alta energía.

pHSe define como el valor negat ivo del exponente de la concentración molar de iones H+ deuna disolución, expresada en base 10. También se puede expresar como: pH = -log [H+].

PirometalurgiaProceso que ut iliza energía térmica (calor) para el procesamiento de metales o susmenas.

Plást icos

Son todos aquellos polímeros que pueden ser moldeados en alguna de sus fases de suelaboración, mediante la aplicación de fuerzas relat ivamente débiles y a temperaturamoderada.

Polaridad de enlacePropiedad permanente de un enlace que se manifiesta por una separación parcial decarga eléctrica determinada por la diferente electronegat ividad de los átomos unidos.

Polímeros

Se denomina así a todas las moléculas de muchos componentes. Se originan por la uniónde muchas moléculas más simples, denominadas monómeros, y que son idént icas entresí .

PresiónVariable de estado de un sistema termodinámico que se relaciona, en un gas, con elnúmero de choques y cant idad de movimiento.

Primer principio de termodinámicaEs una reformulación del principio de conservación de la energía y establece que lavariación de energía interna de un sistema se calcula conociendo el calor y t rabajointercambiado por el sistema.

Principio de Constitución de BohrEstablece que en la construcción de la estructura electrónica de un átomo los electronesocupan primero los niveles inferiores de menor energía y, sucesivamente, a medida queéstos se van completando, los niveles superiores de mayor energía. Se le llama tambiénprincipio de “Aufbau”.

Principio de exclusión de PauliLos electrones siempre ocupan un orbital con spin opuesto, de modo que éste jamáspuede ser ocupado por más de dos electrones. (Ello debido a que el número de spinasociado al electrón t iene sólo dos valores posibles y un tercer electrón tendría,necesariamente, su número de spin igual al de alguno de los otros dos).

Principio de máxima mult iplicidad de HundPrincipio que establece que los electrones en un átomo ocupan varios niveles de idént icaenergía de modo tal que su número de spin total, comprendido como la suma de losnúmeros de spin de los electrones individuales, es máximo.

Proceso Transformación que ocurre en un sistema.

Proceso endotérmicoProceso en el que el sistema absorbe calor desde el entorno.

Proceso espontáneoEs todo proceso que ocurre con una disminución de su energía libre.

Proceso exotérmicoProceso en el cual el sistema libera calor al entorno.

Proceso irreversibleEs todo proceso que ocurre, en un sistema aislado, en una dirección determinada y que nose puede revert ir al someter al sistema a condiciones similares a las que exist ían antes deocurrir dicho proceso.

Proceso reversibleProceso que ocurre en un sistema aislado y que se puede revert ir cuando se le somete alas condiciones iniciales.

Producto iónico del agua KW

Producto de las concentraciones molares de iones H+ y OH- y que t iene un valorconstante, que equivale a 1 x 10-14 dependiendo de la temperatura. En rigor dependetambién de la concentración desales y/o de la presencia de otros solutos como alcohol.

Propiedades periódicasPropiedades de los átomos de los elementos químicos que se repiten en forma regular ocíclica cuando se representan vs. su número atómico.

QuímicaCiencia experimental que estudia la materia, en cuanto a su composición, suscaracteríst icas, las t ransformaciones que pueden experimentar y las leyes que rigen estoscambios.

Radioact ividadDesintegración espontánea de núcleos atómicos inestables, acompañada de la emisiónde radiación ionizante (α, β o γ).

Radio atómicoEn el caso de una molécula diatómica homonuclear, esto es, formada por dos átomos dela misma naturaleza el radio atómico es la mitad de la distancia que separa los núcleosatómicos.

Radiolisis

Producción de reacciones químicas por exposición a radiación ionizante de un sistema, yasea éste una sustancia pura gaseosa, líquida o sólida o una disolución.

Reducción

Proceso que significa, formalmente, la captación de uno o más electrones por parte de unátomo o grupo de átomos. Se dice que éste o éstos se reduce(n).

ReplicaciónProceso de duplicación del ADN.

Semirreacción

Es un proceso en que imaginariamente t ranscurre, produciéndose en él, la oxidación o lareducción de un átomo en una reacción redox.

Serie radioact iva naturalSecuencia de etapas de desintegración de un isótopo radiact ivo natural que producefinalmente un isótopo estable.

Sistema

Región del universo separado de éste por un borde o límite, real o imaginario.

Sistema abiertoEs todo sistema que permite t ransferencia de masa y energía con el entorno.

Sistema aisladoSe denomina así a todo sistema que no intercambia materia ni energía con el alrededor.

Sistema cerradoUn sistema cerrado sólo intercambia energía con el alrededor.

Sistema no react ivoSistema que respecto de un proceso determinado no sufre t ransformación química.

Sit io act ivoZona funcional de una enzima.

Sustitución nucleofílicaReacción iniciada por un nucleófilo en la que éste reacciona con un sustrato o reactantereemplazando un átomo que es expulsado como anión.

TemperaturaEs una variable de estado que, según el modelo cinét ico-molecular, es una medida de laenergía cinét ica o grado de agitación de las moléculas.

Teoría

Conjunto de leyes cientí ficas que explican un determinado fenómeno.

Teoría cuánticaTeoría desarrollada por varios físicos a part ir de 1900, año en que Max Planck enuncia surevolucionaria teoría de los cuantos, que explica exitosamente la distribución de energíaen una cavidad (cuerpo negro), problema que no t iene una disolución si se intenta explicara t ravés de la física clásica o newtoniana.

TermodinámicaEs el estudio de los sistemas en relación a la fact ibilidad de los procesos que ocurren enellos y a los intercambios de energía que en una transformación, cualquiera sea sunaturaleza, t iene lugar entre el sistema y su entorno.

Titulación

Adición controlada de una disolución de concentración exactamente conocida (oestandarizada) a una disolución de concentración desconocida, con el objeto dedeterminar el contenido o la concentración de una especie que reacciona con otra de laprimera.

Unidad Faraday (electrólisis)Se designa así a la cant idad de carga eléctrica equivalente a 96.485,34 Coulomb quecorresponde a 1 mol o número de Avogadro de electrones.

Variables de estadoConjunto de magnitudes que definen completamente el estado o condicióntermodinámica en que se encuentra un sistema. A part ir de ellas es posible determinarcualquier propiedad (función de estado) del sistema.

Variables experimentalesSon los factores que t ienen relación con el fenómeno en estudio. Para que éste sea claroy sencillo se fijan una serie de magnitudes (variables controladas) y se estudia la forma enque varía una magnitud (variable dependiente) cuando se produce una variación de otramagnitud (variable independiente).

Vida mediaTiempo característ ico para un isótopo determinado que tarda en ocurrir la desintegraciónde la mitad de sus átomos. Se aplica en general a cualquier proceso cinét ico.

Vidrio

Producto t ransparente, rígido, que carece de una estructura ordenada interna como la deun cristal.

Vulcanización

Proceso mediante el cual se t rata la goma natural con azufre para mejorar suspropiedades.

BIBLIOGRAFÍA

• “Curso de Química General”, Santa María, Francisco; tomo I y II, Ed. Universitaria,1984.

• “Fundamentos de Química”, Ricardo Felt re; volumen único, Editora Moderna, 3ªedición, 2002.

• “La Química”, Gebauer, Claudio; Ed. Universitaria, 1984.

• “Manual de Química”, Summers, Donal B.; Grupo Editorial Iberoamérica, 1983 (1975).

• “Química Curso Universitario”, Maham, Bruce H., Fondo Educat ivo Interamericano,1977.

• “Fundamentos de Química General”, Garzóhn G., Gillermo; Ed. McGraw-Hill, 1991.

• “Apuntes de Química General”, Balocchi C., Emilio, et al; tomo I y II, Departamento deQuímica, Edición USACH, 1993, 1994.

• “Apuntes de Química I y II” , Sánchez Tapia, Carlos y Fuster A., Ma Angélica; 2 Ed. Salesiana, 1989, (1985).

• “Química Básica”, Melo Araya, Mario; tomo I: Estequiometría, Ed. Universitaria, 1987.

Las figuras que se presentan en este texto han sido extraídas de los siguientes libros:

• “Ciencias Químicas Educación Media”, Eugenia Águila Garay, José Tomás LópezVivar, Leonor Marambio Montero; Tomo I, Editorial Sant illana.

• “Ciencias Químicas Educación Media”, Eugenia Águila Garay, José Tomás LópezVivar, Leonor Marambio Montero; Tomo II, Editorial Sant illana.

• “Ciencias Químicas Educación Media”, José Tomás López Vivar, Manuel Mart ínez

Martínez, Javier E. Jorquera, Mónica Muñoz Cor.

ÍndiceCAPÍTULO 1: TEORÍA ATÓMICA

1. Historia de la química1.1 Teoría atómica

1.1.1 Teoría atómica de Dalton1.1.2 Modelo atómico de Thomson1.1.3 Modelo atómico de Rutherford1.1.4 Modelo atómico de Bohr1.1.5 Modelo mecánico cuánt ico

2. Términos en teoría atómica2.1 Número atómico (Z)2.2 Número másico (A)2.3 Número de neutrones (n°)2.4 Elemento químico2.5 Unidad másica atómica (UMA)2.6 Carga eléctrica2.7 Carga nuclear

3. Tipos de átomos3.1 Isótopos3.2 Isóbaros3.3 Isótonos

4. Números cuánt icos4.1 Número cuánt ico principal (n)4.2 Número cuánt ico secundario ()4.3 Número cuánt ico magnét ico (m)4.4 Número cuánt ico de spin (s)

5. Configuración electrónica5.1 Realización de una configuración electrónica5.2 Formación de iones

6. Propiedades periódicas6.1 Radio atómico6.2 Volumen atómico6.3 Potencial de ionización6.4 Electroafinidad6.5 Electronegat ividad

7. Propiedades macroscópicas de la materia7.1 Punto de ebullición7.2 Punto de fusión

8. Tabla periódica de elementos8.1 Períodos8.2 Grupos

9. Enlace químico9.1 Determinación de electrones de valencia9.2 Tipos de enlace

9.2.1 Enlace iónico9.2.2 Enlace covalente9.2.3 Enlace metálico

9.3 Geometría molecularCAPÍTULO 2: NOMENCLATURA INORGÁNICA

1. Nomenclatura inorgánica1.1 Estado de oxidación (EDO)

1.1.1 Estados de oxidación posit ivos1.1.2 Estados de oxidación negat ivos

2. Determinación de los estados de oxidación en compuestos2.1 Iones posit ivos o cat iones2.2 Iones negat ivos o aniones

3. Compuestos binarios3.1 Compuestos oxigenados

3.1.1 Óxido básico3.1.2 Anhídridos u óxidos ácidos3.1.3 Peróxidos

3.2 Compuestos hidrogenados3.2.1 Hidruros3.2.2 Hidrácidos

3.3 Sales binarias4. Compuestos ternarios

4.1 Hidróxidos4.2 Oxácidos4.3 Sales ternarias

5. Mineralogía5.1 Rocas5.2 Mineral

5.2.1 Propiedades de los minerales5.3 Clasificación de los minerales

5.3.1 Elementos nat ivos5.3.2 Sulfuros5.3.3 Halogenuros5.3.4 Óxidos5.3.5 Carbonatos5.3.6 Nit ratos, fosfatos y sulfatos5.3.7 Silicatos

CAPÍTULO 3: ESTEQUIOMETRÍA1. Estequiometría

1.1 Ley de la conservación de la masa (ley de Lavoisier)1.2 Ley de proporciones definidas (ley de Proust)1.3 Ley de las proporciones múlt iples (ley de Dalton)1.4 Ley de las proporciones recíprocas (ley de Richter)

2. Términos de estequiometría2.1 Unidad de masa atómica (uma)2.2 Mol (n)2.3 Constante de Avogadro2.4 Masa molar (MM)2.5 Relación entre masa molar y la constante de Avogadro

3. Ecuaciones químicas4. Relaciones estequiométricas5. Composición porcentual6. React ivo límite7. Leyes fundamentales de los gases

7.1 Variables de los gases7.1.1 Temperatura7.1.2 Presión7.1.3 Volumen

7.2 Ley de los gases7.2.1 Ley de Avogadro7.2.2 Ley de Boyle y Mariot te7.2.3 Ley de Charles7.2.4 Ley de Gay - Lussâc7.2.5 Ley combinada de los gases7.2.6 Ecuación de gases ideales

CAPÍTULO 4: DISOLUCIONES1. Disoluciones

1.1. Característ icas de las disoluciones1.1.1 Clasificación de las disoluciones según la polaridad del disolvente1.1.2 Clasificación de las disoluciones según el número de componentes1.1.3 Clasificación de las disoluciones según la fase en la que seencuentra el disolvente

1.2. Suspensiones1.3. Coloides

2. Expresiones en disoluciones2.1 Porcentaje masa masa (% m/m)2.2 Porcentaje masa volumen (% m/v)2.3 Porcentaje volumen volumen (% v/v)2.4 Molaridad (M)2.5 Molalidad (m)2.6 Partes por millón (ppm)2.7 Fracción molar (Xn)

3. Relaciones entre las expresiones que informan sobre una disolución3.1 Molaridad en función de porcentaje masa masa3.2 Molalidad en función de porcentaje masa masa3.3 Porcentaje masa volumen en función de porcentaje masa masa

4. Mezclas y diluciones4.1 Mezclas4.2 Dilución de una disolución

5. Solubilidad6. Factores de solubilidad

6.1 Temperatura6.2 Naturaleza química6.3 Presión

7. Característ icas de las disoluciones en solubilidad7.1 Disolución total7.2 Disolución parcial7.3 Disolución no total7.4 Reglas de solubilidad

8. Propiedades coligat ivas8.1 Presión de vapor (tonoscopía)8.2 Punto de ebullición (ebulloscopía)8.3 Punto de congelación (crioscopía)8.4 Presión osmót ica (osmometría)

CAPÍTULO 5: QUÍMICA AMBIENTAL1. Flujo de materia y energía en el ecosistema

1.1 Ciclos de los nutrientes

1.1.1 Ciclo del agua1.1.2 Ciclo del carbono1.1.3 Ciclo del nit rógeno1.1.4 Ciclo del fósforo

2. Contaminación ambiental2.1 Aire

2.1.1 Componentes del aire2.1.2 Contaminantes del aire2.1.3 Contaminación del aire

3. Agua3.1 Estructura molecular del agua3.2 Propiedades del agua

3.2.1 Densidad3.2.2 Tensión superficial3.2.3 Calor específico

3.3 Tipos de contaminación3.3.1 Aguas duras3.3.2 Eutrofización

3.4 Potabilización del agua4. Suelo

4.1 Componentes del suelo4.2 Estructura y t ipos de suelo4.3 Degradación de suelos

4.3.1 Erosión eólica4.3.2 Erosión marina4.3.3 Erosión pluvial y fluvial4.3.4 Erosión glacial4.3.5 Erosión antrópica

4.4 Conservación de suelos4.4.1 Cult ivos en terrazas4.4.2 Franjeado4.4.3 Cult ivo en contorno4.4.4 Rotación de cult ivos4.4.5 Agrosilvicultura4.4.6 Reforestación

CAPÍTULO 6: PROCESOS QUÍMICOS INDUSTRIALES1. La industria química2. Procesos industriales químicos involucrados en el desarrollo económico

2.1 Fabricación de vidrio2.2 Fabricación del papel

2.2.1 Reciclaje del papel2.3 Metalurgia del cobre

2.3.1 Propiedades y aleaciones del cobre2.3.2 Proceso de producción del cobre

2.4 Salit re2.5 Carbonato de lit io

3. Conservación de los recursos energét icos de la t ierraCAPÍTULO 7: QUÍMICA ORGÁNICA

1. Fuentes naturales de obtención del carbono1.1 Carbono elemental1.2 Petróleo1.2.1 Refinación del petróleo1.3 Gas natural1.4 Productos vegetales y animales

2. Propiedades químicas del carbono3. Compuestos inorgánicos del carbono4. Compuestos orgánicos del carbono

4.1 Los hidrocarburos4.1.1 Hidrocarburos alifát icos4.1.2 Nomenclatura de algunos hidrocarburos alifát icos4.1.3 Propiedades y usos de los hidrocarburos alifát icos

4.2 Hidrocarburos alicíclicos4.3 Hidrocarburos aromát icos

4.3.1 Benceno4.3.2 Usos y característ icas de los compuestos aromát icos

5. Serie homóloga6. Isomería

6.1 Isomería estructural6.2 Estereoisomería

7. Funciones orgánicas8. Macromoléculas

8.1 Hidratos de carbono (azúcares)8.2 Lípidos8.3 Proteínas8.4 Ácidos nucleicos

9. Uso actual de los compuestos orgánicos10. Producción de bebidas alcohólicas

CAPÍTULO 8: ÁCIDO BASE1. Conceptos y característ icas de ácidos y bases2. Característ icas químicas de ácidos y bases

2.1. Ácidos2.2. Bases

3. Medida de la acidez y basicidad3.1 Relación entre pH y pOH3.2 Indicadores3.3 Disoluciones buffer3.4 Neutralización

CAPÍTULO 9: MATERIALES DE USO COTIDIANO1. Materiales

1.1 Cerámicos1.2 Plást icos1.3 Caucho

GLOSARIOBIBLIOGRAFÍA