fasciculo9 el mundo de la quimica

8/14/2019 Fasciculo9 El Mundo de La Quimica

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El mundo de la qumica

Los compuestos qumicos

Fascculo9

Como hemos visto, en la naturaleza apenas existenalrededor de 90 elementos qumicos. Si ellospermanecieran aislados unos de los otros, sin combinarse,la naturaleza sera bastante montona ya que tendramosun nmero de materiales verdaderamente limitado. Peropor suerte, sabemos que no es as.

Continuamente nuevos compuestos se descubren en suforma natural o se crean de manera artificial en loslaboratorios. Cuntos se conocen en la actualidad?Sera temerario decirlo, tal vez se cuenten por centenaresde miles, es difcil precisar el nmero de compuestosconocidos, sin embargo, los que encontramos en lanaturaleza o sintetizados son todava bastante limitadoscon relacin al total que potencialmente podra existir.A estas sustancias las denominamos compuestos por lasencilla razn de estar formadas por elementos encualquiera de sus formas alotrpicas.

xidos de hierro.Pirita FeS2, siderita FeCO3

y hematita Fe2O3.


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Cada compuesto tiene unas propiedades fsicas y qumicasdefinidas que le permiten diferenciarse de los dems.Tales propiedades son, en buena medida, reflejo de sucomposicin elemental. Pero esto no significa que laspropiedades de un compuesto sean la simple sumatoriade las propiedades de los elementos que le constituyen.El cloruro de sodio sera un buen ejemplo para desmentirlo.En condiciones ambientales estndar, el sodio (izquierda)es un slido gris; el cloro (derecha) un gas amarillo-verdosomuy txico. Al combinarse ambos producen un slidoblanco, la sal de mesa (centro) por todos conocida.

Por otra parte, dos compuestos pueden estar formadospor los mismos elementos pero dependiendo de laproporcin en que se encuentren combinados puedentener propiedades qumicas y fsicas bien diferentes. Porejemplo: el agua y el agua oxigenada son sustanciasdiferentes debido a la proporcin en que se encuentranpresentes en ellas los elementos que las componen.

Fundacin Polar ltimasNoticias El mundo de la qumica Captulo IV: Los compuestos qumicos fascculo 9

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Los compuestos qumicos

Para calmar la sed no tomaramos aguaoxigenada, sustancia muy corrosivaque al intentar ingerirla destrozara

nuestro tracto digestivo, a pesar de queest formada por los elementos

hidrgeno y oxgeno al igual quenuestra vital agua.

Este ejemplo nos conduce a valorar la importancia de laescritura exacta de las llamadas frmulas de loscompuestos. La frmula del agua es, como prcticamentetodo el mundo sabe, H2O y, en cambio, la del agua

oxigenada, cuyo nombre qumico formal es perxido dehidrgeno, es H2O2. Dado que estas frmulas representanla composicin de una molcula del compuesto, por loque se les conoce como frmulas moleculares, es posibleafirmar que una molcula de agua tiene 2 tomos dehidrgeno por cada tomo de oxgeno, mientras que lamolcula de perxido de hidrgeno tiene 2 tomos dehidrgeno y 2 de oxgeno.

O H

H

O

H

H

O

Agua H2O

Perxido de Hidrgeno H2O2

CloroSodio

Cloruro de sodio


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Muchos compuestos no se presentan comnmente enla naturaleza como molculas aisladas sino ms bienen estado slido, como infinitas redes de tomosionizados. Se les conoce como compuestos inicos. Surepresentacin molecular se hace a travs de frmulasempricas, las cuales constituyen la proporcin mnima

de nmeros enteros en que se combinan los tomos delos diferentes elementos. Por ejemplo, cuando decimosque la frmula del fluoruro de calcio (fotografa derecha)es CaF2, no estamos pensando en una molcula sinoen una red con innumerables iones en la que por cadain de calcio se encuentran 2 iones de fluoruro. Paralos compuestos moleculares en cuya composicin seencuentran tomos no del todo ionizados tambin esposible escribir la frmula emprica. Es el caso del aguaoxigenada cuya frmula emprica sera HO.

Los nombres de los compuestosAntes de que existiera la idea de socializar de manera reglamentada losnombres de las sustancias, fue apareciendo un alto nmero de compuestoscon nombres usuales o comunes que se aprendan ms por la prcticaque por sistematizacin alguna, razn por la cual el nombre trivial nosealaba ninguna caracterstica del compuesto. Algunos ejemplos de estassustancias son:

H2O: agua; NH3: amonaco; CaO: cal viva; CaSO4 hidratado: yeso. stos y muchos nombres de compuestos qumicosson aceptados como correctos.

Tambin a nivel industrial existen muchos productos qumicos cuyo nombre no corresponde a su composicin

molecular. Por ejemplo:

Importante: Es conveniente diferenciar el HCl(ac) que llamamos cido clorhdrico, del HCl(g) denominadocloruro de hidrgeno, y tener presente que el vinagre blanco es cido actico diluido.

Presentacinindustrial/compuesto Frmula Nombre sistemtico

cido muritico HCl cido clorhdrico, ya queest disuelto en agua.

Vinagre CH3COOH cido actico

Sosa custica NaOH Hidrxido de sodio

Potasa custica KOH Hidrxido de potasio

Fluoruro (F-)

Calcio (Ca++)


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Denominando compuestos qumicosActualmente existe la tendencia a adoptar un sistemade nombres que permite caracterizar las propiedadesde la sustancia con la mayor precisin posible. Para ellose da un nombre genrico correspondiente a la familiaque agrupe al compuesto segn su funcin qumica.Posteriormente, se especifica qu elemento presenta

determinada funcin e, incluso, el estado de oxidacinde ste, lo cual se logra con un manejo de terminacionesy de prefijos, segn se requiera.

Ms recientemente la nomenclatura Stock reglamentael uso del nombre genrico (xido, hidrxido, cido, etc.),seguido del elemento que pertenece a determinadafamilia. Con un nmero romano encerrado entreparntesis se especifica el estado de oxidacin.

Para simplificar la tarea de asignar nombres a loscompuestos es prudente agrupar a las familias segnsu contenido o no de oxgeno.

Con oxgeno: xidos, hidrxidos, cidos oxigenados(oxicidos) y sales oxigenadas (oxisales).

Sin oxgeno: hidruros, hidrcidos y haluros o saleshaloideas.

Oxgeno.

Wolff. Artista norteamericano.http://www.primordialist.com

La IUPAC (International Union of Pure and AppliedChemistry), mediante la comisin encargada de revisarconstantemente la nomeclatura, casi todos los aospresenta modificaciones tratando de perfeccionar reglaspara un mejor uso de la nomenclatura qumica. Estasreglas se van integrando gradualmente para facilitarsu aceptacin a un corto plazo.

EjemplosEn un compuesto poliatmico, el grupo electronegativodebe nombrarse usando la terminacin "ato" despusde la raz del tomo central. Los ligandos aparecenterminados en "o", sealndose su cantidad con prefijosgriegos.

Analicemos el caso de Na2CO3.Los iones (CO3)

-2 y Na+1 que integran al compuestose nombran "Tri-oxo-carbonato de sodio".

El nombre carbonato se deriva del tomo central decarbono, y trioxo indica la presencia de tres tomosde oxgeno; despus de nombrado el anin, sealamosla presencia del sodio.

El nombre de carbonato de sodio contina siendoaceptado.

Tri-oxo-carbonato de sodio


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RetoTrata de escribir el nombre de K2SO4. Si llegas a una de las dos respuestas que aparecen a continuacin, significaque manejas las herramientas bsicas de nomenclatura.

Tetra oxo sulfato de potasio (IUPAC).

Sulfato de potasio (lo acepta la IUPAC).

Nombres comunes, triviales ovulgares, cul es la mejor formade llamarlos?

Si quisieras tomarte un vaso de agua en un restaurante,pediras un vaso de monxido de dihidrgeno? Lo ms

probable es que no, sobre todo si tienes mucha sed. Elmesonero no entendera lo que le ests pidiendo porqueutilizas un nombre que ni siquiera los qumicos empleanpara nombrar el agua. Aunque el nombre formal de estecompuesto es fcil de escribir ya aprendidas las reglasdel lenguaje de la qumica, algunas veces tendrs buenasrazones para usar nombres comunes. El nombre queuses depender de a quin te dirijas.

El nombre qumico es monxido de dihidrgeno porquecada molcula contiene dos tomos de hidrgeno y unode oxgeno.

Qu ser un vaso demonxido de dihidrgeno?

Encuentra el errorHace algn tiempo una valla publicitariahaca nfasis en que para mantenernossanos debamos tomar ocho vasos de aguaal da. Observa la valla y encuentra el errorque all aparece.

IUPAC: Una organizacin que supervisael lenguaje de la qumicaLa Unin Internacional de Qumica Pura y Aplicada(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)es una organizacin no gubernamental (ONG) internacionaldedicada al avance de la qumica. Tiene como miembros alas sociedades nacionales de qumica adscritas a ella. Esla autoridad reconocida en el desarrollo de estndares parala denominacin de los compuestos qumicos, mediante suComit Interdivisional de Nomenclatura y Smbolos(Interdivisional Committee of Nomenclature and Symbols).Es miembro del Consejo Internacional para la Ciencia(ICSU).

La IUPAC fue fundada en 1919 por qumicos industriales yacadmicos. Durante casi ocho dcadas, esta Unin hapromovido un lenguaje mundial en el rea de la qumicapara la unificacin de su nomenclatura.

Si qu ie res se r una


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Enlace (modelo) covalenteImaginemos dos tomos de hidrgeno que, separados inicialmente poruna distancia considerable, comienzan a aproximarse el uno al otro. Amedida que disminuye la distancia que los separa, las fuerzas elctricasde repulsin y de atraccin se hacen cada vez ms intensas. Las fuerzasde repulsin ocurren entre los dos electrones, por un lado, y entre los

dos ncleos, por el otro; mientras que las de atraccin ocurren tambinentre el electrn de cada uno de los tomos y el ncleo del otro yviceversa. Cul es la distancia lmite a la que podrn aproximarse?Se acercarn hasta una distancia promedio a la cual las fuerzas deatraccin igualen a las de repulsin. Pero si intentaran acercarse anms, las fuerzas repulsivas seran mayores y los tomos se apartaranhasta la distancia promedio de mxima estabilidad. De esta forma sehabrn combinado estos dos tomos de hidrgeno (H) para formar unamolcula que podemos representar mediante la sencilla frmula H2. Elmodelo que explica esta unin se denomina modelo de enlace covalentey la comparticin de electrones da lugar a la energa de estabilizacinque hace posible la formacin de la molcula.

Juntos y separados! Enlace qumico

tomo de H tomo de H

Molcula de H2

Dado que los tomos en una molcula por encima de 0 K no permanecen estticos, es decir, se muevenhacia adelante y hacia atrs, la molcula vibra, pero la distancia internuclear promedio es ms o menosconstante de una molcula a otra y se le conoce como longitud de enlace.

Si se hiciera un anlisis de una bombona de hidrgeno se encontrara que prcticamente todos los tomosprefieren organizarse formando molculas de dos tomos. Cabra preguntarse, por qu no tienden msbien a estar cada uno por su lado como tomos individuales? La respuesta es muy sencilla: el sistema queconforma la molcula es ms estable que el de los tomos separados. En otras palabras, los tomos seenlazan buscando construir sistemas ms estables, en este caso, molculas.

Si por el contrario analizramos una bombona contentiva delgas helio encontraramos que los tomos se encuentran cadauno por su lado. Si a cada una de estas partculas, por existir

de manera individual, separadas una de otra, ladenominramos molcula, deberamos decir que el helio sepresenta en forma de molculas monoatmicas, o sea,formadas por un solo tomo. La pregunta lgica sera, porqu el helio no forma molculas diatmicas como s lo haceel hidrgeno? Siendo consistentes con la respuesta anteriortendramos que aceptar que el tomo de helio essuficientemente estable, por lo que no necesita enlazarsecon otro de sus congneres. Podras contestar entoncesqu tiene el tomo de helio que no tenga el de hidrgeno?Ms an, qu tienen los gases nobles helio, nen, argn,criptn, xenn y radn que no slo no forman molculasdiatmicas, sino que les cuesta muchsimo enlazarse con lostomos del resto de los elementos, a tal punto de que no fuesino hasta 1962 cuando se pudieron sintetizar los primeroscompuestos del xenn y del criptn?

Tubos lumnicos que usan gases nobles

Helio (He) Nen (Ne) Argn (Ar) Kriptn (Kr) Xenn (Xe

Gandola de transporte de helio (He)

InteresanteEn el caso de la molcula de H2, la longitud de enlace tiene un valor de 74 pm, donde el smbolo pm correspondeal picmetro, que equivale a 10-12 metros. Si logrramos alinear las molculas una al lado de la otra, cuntasentraran en 1 milmetro?

Respuesta: (a) 13 513 molculas. (b) 0,135 molculas. (c)13,513 x 103 molculas. (d) 135 135 135,135 molculas


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El comportamiento de los gases nobles condujo, en el lapso1916-1919, a los qumicos norteamericanos G.N. Lewis eI. Langmuir, y al alemn W. Kossel a plantear que esoselementos, los gases nobles, tenan una configuracinelectrnica que les confera estabilidad y por esa razn nose combinaban con otros, mientras que el resto de loselementos qumicos formaban enlaces para tratar de adquiriruna configuracin electrnica igual a la de los gases nobles.As, en el caso del hidrgeno, al formar un enlace dondecomparten entre los dos ncleos un par de electrones, cadatomo adquiere la configuracin del helio (2 electrones) ensu ltima y nica capa. Para otros tomos, la tendencia,segn la propuesta de Lewis-Langmiur-Kossel, mejor conocidacomo teora de Lewis, sera enlazarse de tal forma que ensu ltimo nivel electrnico tuvieran 8 electrones, como loindica la distribucin electrnica del resto de los gases nobles,a la cual se denomin la regla del octeto.

S

0O

Electrn compartidoElectrn

Regla del octeto en el SO2

N

0O

Regla del octeto en el NO3

0

Irving Langmuir, fsico qumiconorteamericano (1881-1957).Premio Nobel de Qumica 1932.

Un poco de historiaGilbert Newton Lewis naci el 23 de octubre de 1875, en Massachussets, EE.UU. Fue unnio muy precoz pues aprendi a leer a los tres aos de edad. Obtuvo sus ttulos de licenciaturay doctorado en la Universidad de Harvard, en 1896 y 1899 respectivamente. Fue docente

de esta prestigiosa universidad, as como del Instituto Tecnolgico de Massachussets (MIT)y, finalmente, de la Universidad de California, en Berkeley, desde 1912 hasta el fin de susdas. De su matrimonio con Mary Hinckley Sheldon nacieron dos hijos varones que con eltiempo seran tambin profesores de qumica, adems de una hija. En 1916, en su publicacin

El tomo y la molcula, da a conocer su famosa teora del enlace covalente, y en 1923 formul la teora del parelectrnico para explicar las reacciones cido-base. Durante 25 aos determin las energas libres de variassustancias, lo que contribuy a formalizar la termodinmica qumica. En 1933 fue el primero en obtener agua pesadapura, constituida por el istopo hidrgeno-2 (deuterio), sustancia que haba sido descubierta por Harold Urey, unode sus ms aventajados estudiantes. El 23 de marzo de 1946, a la edad de 70 aos, Gilbert Newton Lewis muride un ataque al corazn mientras trabajaba en su laboratorio en Berkeley. Recibi muchos reconocimientos y honoresa lo largo de su carrera cientfica, pero nunca le fue otorgado el Premio Nobel que, segn muchos, tanto mereci.

Para representar estas molculas se utilizan losdenominados diagramas de Lewis. Estos diagramasconsisten en el smbolo del elemento que representael ncleo del tomo y los electrones de los nivelesinternos, rodeados por puntos que simbolizan loselectrones del ltimo nivel o capa de valencia.

Cuando dos tomos comparten dos y tres pares deelectrones se habla de enlace doble y triplerespectivamente. Existen, adems, casos de molculasque no cumplen con la regla del octeto por presentar,alrededor de algunos de sus tomos, un nmero deelectrones diferente a 8 en el ltimo nivel. O

O

HH


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Enlaces covalentes


Los enlaces qumicos donde se comparten, genricamentehablando, pares de electrones se denominan enlacescovalentes. Para que se forme este tipo de enlace es condicinque los dos tomos participantes tengan una tendencia similara ganar electrones (electronegatividad parecida). Sin embargo,no es lo mismo que la molcula est formada por dos tomos

idnticos, como es el caso de las molculas de O2, N2 y Cl2,a que lo est por tomos diferentes como ocurre en el enlacedel cloruro de hidrgeno (HCl) o del amonaco NH3. Cuandolos tomos pertenecen a un mismo elemento, la cargaelectrnica estar uniformemente distribuida a lo largo de lamolcula, por lo que decimos que estamos en presencia deenlaces covalentes no polares.

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En las molculas diatmicas lineales la polaridad viene dadapor la separacin o no de carga que exista en el nico enlaceque poseen. La polaridad en molculas ms complejas noslo depende de la polaridad de sus enlaces, sino tambin

de la forma espacial que las molculas posean.La polaridad de un enlace se mide mediante una magnituddenominada momento dipolar (), que se expresa enunidades de Debye, y depende de la magnitud de las cargasy de las distancias que las separan (longitud de enlace). Alser sta una magnitud vectorial, el momento dipolar total dela molcula ser la sumatoria vectorial de los momentosdipolares de los diferentes enlaces. As, la molcula de agua(H2O) y la de amonaco, al tener forma angular y piramidalrespectivamente, consideradas todas las contribuciones depolaridad, resultan ser molculas polares. En cambio, en elCO2 y en el CCl4 la forma de sus molculas, lineal y tetradrica

respectivamente, hace que los vectores se anulen dandocomo resultado molculas no polares, a pesar de poseerenlaces polares.

En la molcula de HCl encontramos que el tomo de cloro presenta unaelectronegatividad de 3,0, la cual es superior a la del hidrgeno quetiene un valor de 2,1, por lo tanto, el par de electrones que participa enel enlace tender a estar ms cerca del ncleo del cloro que del hidrgeno,crendose una polaridad de carga donde los alrededores del tomo delhalgeno se comportan como un polo negativo, mientras que en elentorno del tomo de hidrgeno se crea un polo positivo. Estamos,entonces, frente a un enlace covalente polar.

H Cl

+ -

Molcula del amonaco NH3

tomo denitrgeno

tomo dehidrgeno

Enlacesencillo

El nitrgeno tiene cinco electrones en sucapa orbital externa y se enlaza con trestomos de hidrgeno formando un octetoestable alrededor del tomo de nitrgeno.

O

HH

H

NH

H

Molcula del agua (H2O)

Molcula del amonaco (NH3)

CO O

Molcula del dixido de carbono (CO2)

ClC

Cl

Cl

Cl

Molcula deltetraclorurode carbono (CCl4)

NH H

H

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