Quimica II Bachillerato 2do. Semestre Mexico SEP

Química 2COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE SONORA Director General Lic. Bulmaro Pacheco Moreno Director Académico Profr. Adrián Esquer Duarte Director Administrativo C.P. Gilberto Contreras Vásquez Director de Planeación Profr. Adrián Esquer Duarte Director Financiero Lic. Oscar Rascón Acuña QUÍMICA 2 Módulo de Aprendizaje. Copyright ©, 2004 por Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora todos los derechos reservados. Primera edición 2006. Impreso en México. DIRECCIÓN ACADÉMICA Departamento de Desarrollo Curricular Blvd. Agustín de Vildósola, Sector Sur Hermosillo, Sonora. México. C.P. 83280 Registro ISBN, en trámite. COMISIÓN ELABORADORA: Elaboración: Juan Manuel Osuna Aguilar Olivia Robles Ahumada Rita Elma Romero Andrade Leonardo Téllez Verdugo Capturista: Ramón Humberto Sánchez Salazar Heriberto Enríquez Carrizosa Corrección de Estilo: Flora Inés Cabrera Fregoso Supervisión Académica: María Jesús Armida Fontes Valdez Revisión Académica: Martha Patricia Barceló Lara Juan Edmundo Carrillo Bastida Edición: Bernardino Huerta Valdez Coordinación Técnica: Karina Virginia Balderas Reyes Coordinación General: Profr. Adrián Esquer Duarte Esta publicación se terminó de imprimir durante el mes de diciembre de 2006. Diseñada en Dirección Académica del Colegio de Bachilleres de Estado de Sonora Blvd. Agustín de Vildósola; Sector Sur. Hermosillo, Sonora, México La edición consta de 9,150 ejemplares. 2 Ubicación Curricular COMPONENETE: CAMPO DE CONOCIMIENTO: FORMACIÓN BÁSICA CIENCIAS NATURALES Esta asignatura se imparte en el segundo semestre, tiene como antecedente Química 1 del nivel básico, la asignatura consecuente es Geografía y Física 1 y se relaciona con todas las asignaturas del campo de las ciencias exactas. HORAS SEMANALES: 5 CRÉDITOS: 10 DATOS DEL ALUMNO Nombre: ______________________________________________________ Plantel: _________________________________________________________ Grupo: ___________________________ Turno: ________________________ Domicilio: _____________________________________________________ ______________________________________________________________ __________________________________ Teléfono:___________________ 3 Mapa Conceptual de la Asignatura 4 Índice Recomendaciones para el alumno ..........................................................................7 Presentación.............................................................................................................8 UNIDAD 1. Estequiometría .......................................................................................... 9 1.1. Bases de la estequiometría................................................................................ 10 1.1.1. Reacciones químicas y estequiometría ................................................. 14 1.2. Reactivo limitante................................................................................................ 22 1.3. La contaminación del aire .................................................................................. 25 1.3.1. Inversión térmica...................................................................................... 26 1.3.2. Smog ........................................................................................................ 28 1.3.3. Lluvia ácida............................................................................................... 32 1.4. La contaminación del agua................................................................................ 34 Sección de Tareas ......................................................................................................... 33 Autoevaluación ............................................................................................................... 63 Ejercicios de Reforzamiento .......................................................................................... 67 UNIDAD 2. Sistemas dispersos................................................................................. 75 2.1. Mezclas homogéneas y heterogéneas............................................................. 76 2.1.1. Métodos de separación de mezclas...................................................... 77 2.2. Disoluciones, coloides y suspensiones ............................................................ 79 2.2.1. Características de las disoluciones......................................................79 2.2.1.1. Osmosis ....................................................................................82 2.2.1.2. Disoluciones isotónicas ...........................................................82 2.2.2. Características de los coloides.............................................................83 2.2.2.1. Diálisis .......................................................................................84 2.2.2.2. Floculación................................................................................84 2.2.2.3. Superficie de adsorción ...........................................................85 2.2.2.4. Características de las suspensiones ......................................86 2.3. Concentración de las disoluciones .................................................................86 Sección de Tareas .......................................................................................................93 Autoevaluación .............................................................................................................99 Ejercicios de Reforzamiento ........................................................................................103 5 Índice (cont’) UNIDAD 3. Compuestos del carbono.....................................................................107 3.1. Estructura molecular de los compuestos de carbono ..................................108 3.1.1. Configuración electrónica del carbono e hibridación (sp, sp2, sp3)...109 3.1.2. Geometría Molecular (tetraédrica, trigonal, plana y lineal)..................112 3.2. Tipos de cadena e isomería.............................................................................113 3.2.1. Tipos de cadenas...................................................................................113 3.2.2. Isomería ..................................................................................................114 3.2.2.1. De cadena ................................................................................115 3.2.2.2. De posición...............................................................................115 3.2.2.3. De función.................................................................................116 3.3. Hidrocarburos ...................................................................................................117 3.3.1. Alcanos....................................................................................................118 3.3.2. Alquenos .................................................................................................126 3.3.3 Alquinos....................................................................................................132 3.3.4. Aromáticos (benceno) ...........................................................................136 3.4. Grupos funcionales ..........................................................................................139 3.4.1. Alcohol.....................................................................................................141 3.4.2. Éter...........................................................................................................144 3.4.3. Aldehído ..................................................................................................146 3.4.4. Cetona.....................................................................................................148 3.4.5. Ácido Carboxílico....................................................................................150 3.4.6. Éster.........................................................................................................152 3.4.7. Amida ......................................................................................................154 3.4.8. Amina ......................................................................................................156 3.4.9. Halogenuro de Alquilo ...........................................................................160 Sección de Tareas .......................................................................................................165 Autoevaluación .............................................................................................................193 Ejercicios de Reforzamiento ........................................................................................197 UNIDAD 4. Macromoléculas....................................................................................205 4.1. Importancia de las macromoléculas naturales ..............................................208 4.4.1. Carbohidratos.........................................................................................209 4.1.2. Lípidos.....................................................................................................217 4.1.3. Proteínas .................................................................................................222 4.2. Macromoléculas sintéticas .............................................................................231 Sección de Tareas .......................................................................................................231 Autoevaluación .............................................................................................................247 Ejercicios de Reforzamiento ........................................................................................251 Claves de respuestas ..................................................................................................259 Glosario.........................................................................................................................260 Bibliografía ....................................................................................................................262 6 Recomendaciones para el alumno El presente Módulo de Aprendizaje constituye un importante apoyo para ti, en él se manejan los contenidos mínimos de la asignatura de Química 2. No debes perder de vista que el Modelo Académico del Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora propone un aprendizaje activo, mediante la investigación, el análisis y la discusión, así como el aprovechamiento de materiales de lectura complementarios; de ahí la importancia de atender las siguientes recomendaciones: ¾ Maneja el Módulo de Aprendizaje como texto orientador de los contenidos temáticos a revisar en clase. ¾ Utiliza el Módulo de Aprendizaje como lectura previa a cada sesión de clase. ¾ Al término de cada unidad, resuelve la autoevaluación, consulta la escala de medición del aprendizaje y realiza las actividades que en ésta se indican. ¾ Realiza los ejercicios de reforzamiento del aprendizaje para estimular y/o reafirmar los conocimientos sobre los temas tratados. ¾ Utiliza la bibliografía recomendada para apoyar los temas desarrollados en cada unidad. ¾ Se recomienda agregar definiciones al glosario. ¾ Para comprender algunos términos o conceptos nuevos, consulta el glosario que aparece al final del módulo. ¾ Para el Colegio de Bachilleres es importante tu opinión sobre los Módulos de Aprendizaje, si quieres hacer llegar tus comentarios, utiliza el portal del Colegio www.cobachsonora.edu.mx 7 Presentación El Módulo de Aprendizaje de Química 2, ha sido elaborado con el propósito de que alumnos y maetros tengan un apoyo didáctico que les permitan desarrollar habilidades académicas, ya que es un programa integrado por conceptos básicos y aplicaciones prácticas de la química actual. Trata de estimular tu interés, para que descubras parte del conocimiento general por los científicos que se han dedicado al estudio de la química; lo anterior con base en ejemplos tomados de la vida cotidiana, actividades y ejercicios de reforzamiento que se presentan en cada una de las unidades. Se recomienda a los docentes, que el contenido y los ejercicios pueden ser aumentados para un aseguramiento de las habilidades académicas que se sugieren en cada unidad. 8 Química 2 Unidad 1 Estequiometría Objetivos: El alumno: • Determinará las cantidades de reactivos y productos involucrados en una reacción química, por medio de la aplicación del mol; analizando la importancia que tiene este tipo de cálculos en los procesos químicos que tienen repercusiones socioeconómicas y ecológicas, con una actitud crítica y responsable. Temario: ¿Sabías que? Calcular las cantidades precisas que deben intervenir en una reacción química es fundamental en la industria química; con esto se evita el desperdicio y se logra homogenizar la calidad de los productos. Algunas de las áreas donde se aplica la estequiometría son: ™ Agricultura: producción de fertilizantes. ™ Minería: métodos de separación de metales. ™ Medicina: producción de medicamentos con una dosificación precisa. ™ Perfumería: producción de diversas fragancias en jabones, shampoo, lociones, etc. ™ Aeronáutica: producción de carburantes. ™ Ecología ambiental: reactivos para determinar la concentración de monóxido de carbono en la atmósfera. ™ En la casa: soluciones desmanchadoras de utensilios de plata. 9 • • • • Bases de la estequiometría. Reactivo limitante. La contaminación del aire. La contaminación del agua. Química 2 Evaluación diagnóstica de conocimientos previos Antes de iniciar ésta unidad elabora, con los siguientes conceptos, un mapa conceptual y muéstralo a tu profesor cuando te los solicite: - Símbolo - Elemento - Fórmula - Compuesto - Molécula - Isótopo 1.1. BASES DE LA ESTEQUIOMETRÍA. A través de la fabricación de productos químicos se satisfacen muchísimas necesidades del hombre. El conocer de qué está formada la materia y saber en qué se puede transformar, sin duda alguna, contribuye a ser más confortable nuestra vida. Recuerda los principales símbolos utilizados en las ecuaciones químicas. → , ↑ , ↓ ,s , g , l, ac ó aq, , → ← . La gasolina, las pinturas, los cosméticos, los alimentos, recipientes de vidrio, plástico o fierro, el papel, entre otros, son algunos productos que se obtienen mediante procesos químicos en los cuales se deben evitar desperdicios, por ejemplo, cuando se quiere preparar una comida o cena que impresione a los invitados se selecciona la mejor receta de nuestro catálogo. Antes de preparar el banquete revisamos ciertos detalles, entre ellos: TAREA 1 a) Número de invitados. b) Número de raciones que deben prepararse. c) Cantidad y tipo de ingredientes que deben comprarse para preparar el total de raciones. d) Tiempo de preparación, etc. Página 37. Durante la preparación, se debe seguir paso a paso las instrucciones de la receta, se cuida en todo momento que la cantidad y tipo de ingredientes sean los estimados en nuestro recetario. Esto nos garantiza un estupendo banquete, con la menor cantidad de desperdicio posible. TAREA 2 Este mismo plan se puede aplicar a los procesos químicos, ya que a través de ellos se desea obtener la mayor cantidad posible de un producto y, por supuesto, el menor desperdicio posible. La diferencia es que aquí, los ingredientes son los reactantes que al reaccionar entre sí forman un producto. Las cantidades de reactantes y productos, se estiman y se expresan en las unidades químicas de masa llamadas moles. Este tipo de estimaciones o relaciones cuantitativas entre las sustancias que inician el proceso y los productos esperados, es lo que se analizará en la presente unidad, teniendo como apoyo los conceptos vistos en química 1. Página 39. Etimológicamente hablando, la palabra estequiometría proviene de dos vocablos griegos que son: stoichen que significa elemento y metron que significa medida. La estequiometría es la rama de la química que se encarga del estudio cuantitativo de los moles, las masas y los volúmenes de reactivos y productos que participan en una reacción. 10 Estequiometría No debemos olvidar, que cuando se habla de “un estudio cuantitativo”, se está refiriendo a un estudio de las cantidades de masa de las sustancias que están participando en una reacción. TAREA 3 En los siguientes puntos en esta unidad, se resolverá una serie de ejercicios relacionados con la estequiometría de diferentes tipos de reacciones. Para resolver este tipo de problemas, debes tener presente lo siguiente: a) Tu punto de partida debe ser el enunciado del problema y la ecuación química balanceada. b) La unidad química de masa es el mol. c) Como unidad física de masa se tomará al gramo. Página 41. Es importante que analices algunos conceptos tales como: masa atómica, mol, peso o masa molecular, masa molar y volumen molar, para que puedas realizar cálculos estequiométricos en unidades químicas y físicas. Masa atómica ¿Es posible desarrollar un instrumento que pueda medir la masa atómica de un sólo átomo de algún elemento? Cuando en la tabla periódica se lee masa atómica, se habla de masa atómica relativa de los elementos, ya que se realiza una comparación con una unidad de referencia. No se puede pesar la masa del átomo individualmente. Lo que sí se puede es calcular la masa atómica promedio de un elemento, si se sabe la masa y también la abundancia relativa de cada isótopo. Todos los elementos de la tabla periódica se derivan de sus isótopos que se forman en la naturaleza. La unidad de referencia se llama u.m.a., que quiere decir: unidad de masa atómica. Espectrofotómetro TAREA 4 Página 43. Valor u.m.a= a la doceava parte (1/12) de la masa del isótopo 12 del átomo de carbono. 1 u.m.a = 1.66054x10-24 gr 1 gr = 6.02214x1023 u.m.a. Una muestra de cualquier elemento cuya masa sea igual a su masa atómica, contiene el mismo número de átomos, independientemente del tipo de elemento. A este número se le conoce como número de Avogadro (N). Mol Si no existiera el mol, ¿Qué otra unidad podría utilizar para sustituirla? Está calculado que si pusiéramos un mol de canicas muy cuidadosamente en la superficie de la tierra de manera que quedaran muy bien acomodadas ocupando la mayor superficie posible, daría como resultado una capa de aproximadamente cinco kilómetros de espesor. ¿Por qué no utilizan gramos en lugar de moles como unidades de cantidad de materia? Así como se utiliza una decena para representar 10 unidades o una centena para 100 unidades; así, en química se utiliza el término mol para representar 6.02x1023 unidades elementales como átomos, moléculas, iones, etc. ,de esta manera tenemos que: 1mol de átomos de Hidrógeno contiene 6.02x1023 átomos de hidrógeno. 1mol de moléculas de agua contiene 6.02x1023 moléculas de agua. 1mol de iones de calcio contiene 6.02x1023 iones de calcio. Investiga en internet sobre la vida del químico italiano Amadeo Avogadro (1776-1856) y la manera cómo su trabajo condujo a los científicos al número de partículas de un mol. 11 Química 2 TAREA 5 Página 45. Al número 6.02 x 1023, se le conoce como número de Avogadro, en honor del físico italiano Amadeo Avogadro (1776 – 1856), este número es una constante importante en la Física y en la Química, y se ha determinado experimentalmente con varios métodos independientes entre sí. Si escribes completo el número de Avogadro, tendrás esta cifra. 602 000 000 000 000 000 000 000 En química, la unidad mol (n), es fundamental ya que se utiliza para: cálculos en reacciones, cálculos en disoluciones, en reacciones de neutralización, etc. Amadeo Avogadro TAREA 6 Página 47. Imaginar la magnitud de este número de Avogadro no es fácil, porque es una cantidad extremadamente grande; a manera de analogía se podría expresar de la siguiente manera: si 10,000 personas comenzaran a contar una mol de granos de arroz, y cada persona contara a razón de 100 granos de arroz por minuto, cada minuto al día, se tardarían más de un billón de años para terminar de contar una mol de arroz. En definitiva el término mol no se utiliza para contar entidades macroscópicas, pero sí para efectos de contar átomos, moléculas o iones. El problema para medir moles reside en su propio concepto, no se puede tomar un mol de una sustancia a base de contar átomos por el tamaño tan grande del Número de Avogadro y el hecho de que es imposible “obtener” un átomo. Por eso, en el laboratorio o para realizar cálculos se necesita encontrar una relación entre el mol y otra magnitud más fácil de medir la masa. Así se puede medir moles usando una balanza. El mol representa un número, así como una centena se refiere a 100, el mol representa el número de Avogadro 6.02x1023 átomos, moléculas o iones. Peso molecular o masa molecular El peso molecular o masa molecular se define como: “La suma de las masas atómicas (m.a) o pesos atómicos (p.a.) de los átomos que constituyen una molécula expresada en unidades de masa atómica (uma)”. Balanza 12 La fórmula H2O, por ejemplo, indica que una molécula de agua está compuesta exactamente por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Tomando en consideración que contar los átomos o a las moléculas de uno a uno es un poco difícil, todos los aspectos cuantitativos de la química descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados. Estequiometría Los subíndices en las fórmulas químicas representan cantidades exactas de átomos. Fórmula Elemento Peso o Masa atómica Número de átomos Pesos totales de cada elemento Peso o masa molecular NaOH Na O H 23 u.m.a. 16 u.m.a. 1 u.m.a. 1 1 1 23 16 1 40 u.m.a. Al2(Cr2O7)3 Al Cr O 27 u.m.a. 52 u.m.a. 16 u.m.a. 2 6 21 54 312 336 702 u.m.a. INSTRUCCIONES: Observa los ejemplos anteriores y deduce los pasos para calcular el peso o masa molecular de una sustancia. 1. ______________________________________________________________ EJERCICIO 1 2. ______________________________________________________________ 3. ______________________________________________________________ 4. ______________________________________________________________ 5. ______________________________________________________________ Masa molar Es la masa en gramos de un mol de átomos, moléculas u otras partículas. La masa de un elemento en gramos tiene el mismo valor numérico que la masa atómica. La masa atómica (gr) de un compuesto contiene el número de Avogadro de átomos y se define como la masa molar del elemento. Expresado de otra manera. TAREA 7 Página 49. “Es la masa atómica o masa molecular expresada en gramos, sus unidades son gramos/mol”. Elemento Na Cu Ag Masa atómica (u.m.a.) 22.98 63.54 107.86 Masa molar (gramos) 22.98 63.54 107.86 Cantidad de átomos 6.02x1023 6.02x1023 6.02x1023 47 Ag 107.86 Número atómico Símbolo Masa molar Ejemplo: La masa molecular del H2O = 18 uma y su masa molar es = 18 gr/mol. La masa atómica del Ba = 137.34 uma y su masa molar es = 137.34 gr/mol. Resumiendo lo anterior: 18 gr de H2O = 1 mol de H2O 137.34 gr de Ba = 1 mol de Ba 13 Química 2 Volumen molar Experimentalmente se ha determinado que el volumen que ocupa un mol de cualquier gas es de 22.4 litros en C.E (Condiciones Estandar) de presión (P) y temperatura (T). A este volumen se le llama: VOLUMEN MOLAR. V= (n) (22.4 L) Donde n= número de moles 1.1.1 Reacciones químicas y estequiometría El siguiente mapa conceptual retoma algunos conceptos que te servirán para realizar los cálculos estequiométricos en una reacción química. REACCIÓN QUÍMICA Se define como El proceso en el cual una o varias substancias cambian para formar una o más sustancias nuevas. Se representa mediante ecuaciones químicas por ejemplo ¿Sabías que un mol contiene 6.02x1023 moléculas, por lo tanto: un mol de cualquier gas tendrá el mismo volumen que un mol de otro gas a la misma temperatura y presión? Son Construidas en una fórmula en la cual el signo + se lee como “reacciona con”, y la flecha significa “produce” El hidrógeno gas (H2) puede reaccionar con oxígeno gas (2O) para dar agua (H2O). La ecuación química para esta reacción es sus componentes son las fórmulas químicas a la izquierda de la flecha, que representan las sustancias de partida, denominadas reactivos los números a la izquierda de las fórmulas son los coeficientes (el coeficiente 1 de omite) las fórmulas químicas a la derecha de la flecha, que representan las sustancias producidas, denominadas productos por ejemplo 2H2+O2 2H2O por ejemplo 2H2+O2 reactivos 2H2O productos indispensable usar ecuaciones químicas balanceadas para resolver problemas de estequiometría? 14 Estequiometría Cálculos de masa expresados en unidades químicas El concepto de mol ya fue revisado, por lo que se realizará su aplicación en los siguientes problemas. La unidad química de masa es el mol. Las relaciones cuantitativas entre los reactantes y productos de una reacción química, se pueden interpretar en términos de moles. Esto lo podemos observar en el siguiente ejemplo: Una reacción fotoquímica que se lleva a cabo durante la formación del smog es la siguiente. Reacción química balanceada: 2NO + O2 → 2NO2 Interprétalo en términos de moles: ____moles de NO reaccionan con ____ moles O2 para producir ____moles de NO2 o bien con puras palabras: ____ moles de monóxido de nitrógeno reaccionan con ____ moles de oxígeno para producir ____ moles de dióxido de nitrógeno. Para resolver problemas estequiométricos puedes seguir la metodología que a continuación se te presenta: a) b) c) El número de moles está determinado por los coeficientes en la ecuación balanceada. Si no aparece el coeficiente, se sobreentiende que su valor es igual a uno. Lee cuidadosamente el enunciado del problema. Partiendo de la ecuación balanceada determina lo siguiente: ¿cuántas moles de monóxido de nitrógeno deben reaccionar para producir 5 moles de dióxido de nitrógeno? 2NO + O2 → 2NO2 2 mol 1 mol 2 mol Este tipo de problemas se resuelve a través de una regla de tres simple, en la que la primera parte de la regla de tres la obtendrás del enunciado del problema y la segunda parte de la regla de tres la obtendrás de la ecuación química balanceada. 2NO + O2 → 2NO2 Primera parte X mol 5 mol Segunda parte 2 mol 2 mol La regla de tres simple te quedará de la siguiente manera: X mol de NO --------- 5 mol de NO2 2 mol de NO --------- 2 mol de NO2 Resuelve la ecuación utilizando una regla de tres simple para encontrar el valor de la incógnita. X mol de NO = (2 mol NO ) ( 5 mol NO2) ( 2 mol NO2) x mol de NO = 5 mol NO 15 Química 2 El resultado nos indica que deben de reaccionar 5 moles de NO para producir 5 moles de NO2, al finalizar la reacción. A continuación, tendrás la oportunidad de poner en práctica la estrategia sugerida para resolver problemas estequiométricos en donde el resultado debe ser expresado en moles. EJERCICIO 2 Dentro del aula, intégrate a un grupo de trabajo con 4 de tus compañeros y resuelve los problemas tipo que aparecen a continuación, aplicando paso a paso la estrategia sugerida. Comenta con tu profesor los resultados o dudas. 1. Partiendo de la ecuación balanceada, determina lo siguiente: ¿Cuántas moles de hidróxido de aluminio deben reaccionar para producir 4 moles de sulfato de aluminio? 2Al(OH)3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 6H2O 2. ¿Cuántos gramos de nitrato de plata deben reaccionar con el cloruro de bario para producir 4 moles de nitrato de bario, de acuerdo a la siguiente reacción balanceada? BaCl2 + 2AgNO3 → 2AgCl + Ba(NO3)2 TAREA 8 Al momento de resolver los problemas, habrás observado que la ecuación química balanceada te sirve como apoyo para plantear dicho problema. Página 51. Cálculos de masa expresados en unidades físicas Otra forma de expresar las relaciones entre reactantes y productos, dentro de una ecuación química, son las unidades físicas de masa. La unidad física de masa que utilizaremos es el gramo. Como se estableció anteriormente, uno de los puntos de partida para realizar cálculos en reacciones químicas, es la ecuación química balanceada. En ésta, las cantidades de masa se expresan en número de moles. Por ejemplo: Ecuación química balanceada: Zn + 2AgNO3 → 2Ag + Zn(NO3)2 Interpreta la ecuación en términos de moles: Para convertir moles a gramos, se multiplica el peso molecular de la sustancia por el número de moles de dicha sustancia en la ecuación. ___mol de Zn reacciona con ___ moles de AgNO3 para producir ___moles de Ag y ___ mol de Zn(NO3)2 Para expresar la ecuación en unidades físicas, deberás convertir las moles a gramos, tal y como se observa a continuación: Zn + 2AgNO3 → 2Ag + Zn(NO3)2 16 Estequiometría Interpreta la ecuación en términos de gramos: ___gr de Zn reaccionan con ___ gr de AgNO3 para producir ___gr de Ag y ___ gr de Zn(NO3)2 INSTRUCCIONES: De la ecuación que acabas de resolver, se pueden derivar una serie de preguntas que establecen relaciones cuantitativas entre los reactantes y productos. Por ejemplo: a) b) c) ¿Cuántos gramos de zinc deben reaccionar con el nitrato de plata para producir 1500 gr de plata? ¿Cuántos gramos de nitrato de plata se requieren para producir 100 gr de nitrato de zinc? ¿Cuántas moles de Zn deben reaccionar con el nitrato de plata para producir 250 gr de plata? EJERCICIO 3 A continuación, tendrás la oportunidad de resolver problemas estequiométricos donde los resultados deben ser expresados en unidades físicas de masa o gramos. Para lograrlo se sugiere lo siguiente: INSTRUCCIONES: Resuelve en tu cuaderno los siguientes ejercicios 1. Cuantos gramos de zinc deben reaccionar con el nitrato de plata para producir 1500 gr de plata? Zn + 2AgNO3 → 2Ag + Zn(NO3)2 2. EJERCICIO 4 ¿Cuántas moles de zinc deben reaccionar con el nitrato de plata para producir 250 gr de plata Zn + 2AgNO3 → 2Ag + Zn(NO3)2 Como pudiste observar al resolver el ejercicio anterior, en ocasiones, las unidades de masa se pueden dar en moles y gramos dentro del mismo problema. Para fortalecer tu práctica en la solución de problemas estequiométricos, cuyos resultados deban ser expresados en unidades físicas de masa o gramos, resuelve la tarea indicada: TAREA 9 Página 53. 17 Química 2 Cálculos estequiométricos en soluciones donde intervienen gases En las reacciones químicas, también participan sustancias gaseosas en solución. Para indicar las cantidades de dichas sustancias, generalmente se utilizan las moles como unidad de masa y los litros como unidad de volumen. Identificar el número de moles de sustancias gaseosas que están participando en una ecuación química, no debe ser un problema ya que los coeficientes en la ecuación nos lo indican. Sin embargo, determinar el volumen de la sustancia gaseosa pudiera parecer problemático, ya que la ecuación por sí misma no lo indica. Por ejemplo: en la reacción del aluminio con ácido clorhídrico. Para saber más y enriquecer el tema, visita el sitio: http://www.ur.mx/cursos/ diya/quimica/jescobed/la b03.htm 2Al ( s ) + 6HCl (ac) → 2AlCl3 + 3H2 (g) ¿Cuántas moles de H2 participan en la reacción? ___moles de H2 ¿Cuántos litros de H2 participan en la reacción? ___litros de H2 Para resolver este pequeño inconveniente, retomaremos el concepto de volumen molar, el cual establece que: una mol de cualquier gas bajo condiciones estándar, ocupan un volumen de 22.4 litros. TAREA 10 Página 55. Con esta información, podemos concluir que el hidrógeno que aparece en la reacción anterior ocupa un volumen igual a: ___litros de H2 La metodología para resolver este tipo de problemas, es la misma que has venido utilizando en los problemas anteriores; el único cambio que se observa, es la conversión de moles a litros, cuando se trata de sustancias gaseosas. Composición centesimal o porcentual de un compuesto Se acostumbra expresar la composición de un compuesto en porcentaje (%), esto es, indicando el número de gramos de cada elemento presente en 100 gramos del compuesto. Por ejemplo, si quieres verificar la pureza de un compuesto, puedes comparar la composición calculada de una sustancia con la obtenida experimentalmente. 18 Estequiometría Las fórmulas para determinar el porcentaje de un elemento en un compuesto son: peso atómico del elemento x subíndice A) % de x =________________________________________ x 100 peso molecular peso del elemento B) % de x = ________________________________________ x 100 peso del compuesto La primera fórmula se utiliza si se conoce la fórmula del compuesto, y la segunda si se cuenta con datos experimentales. Ejemplos: 1. ¿Cuál es la composición centesimal del agua (H2O)? H =1 O = 16 Masa Molecular del H2O = 18 p.a. H x 2 % de H = _____________________ x 100 P.M H20 1X 2 % de H = ___________________ x 100 18 % de H = 11.11 p.a del % de O = _______________________ x 100 P.M. del H2O 16 % de O = _______________________ x 100 18 % de O = 88.99 % de H + % de O = 100% 2. ¿Cuántos gramos de oxígeno se obtendrán de 250 gr. de una sustancia que contiene 81.8 % de oxígeno? Gramos del compuesto = 250 = 100% Gramos del oxígeno = x 19 Química 2 Entonces resolvemos mediante una regla de tres: 250 gr → 100% X ← 81.8% TAREA 11 (250gr) (81.8%) X = ______________ 100% X = 204.5 gr. de Oxígeno Página 57. ¿Qué diferencia hay entre una fórmula empírica y una fórmula molecular? Formula mínima o empírica ¿Sabías que el índigo es un colorante utilizado para el color azul de los pantalones de mezclilla y se prepara usando amida de sodio? La amida de sodio contiene el siguiente porcentaje de masa de elementos: Hidrógeno 5.17% nitrógeno 35.9% y sodio 58.9%. Encuentra la fórmula de la amida de sodio. El término o concepto fórmula mínima o empírica se refiere al tipo de fórmula que proporciona la información mínima acerca de un compuesto, es decir, da sólo el número relativo de moles. Así como una fórmula nos permite obtener los porcentajes en peso de los elementos, es factible el proceso inverso, basta conocer la composición porcentual de un compuesto para obtener su fórmula mínima. ¿Cómo se puede determinar la fórmula mínima de un compuesto? La puedes determinar de la siguiente manera: 1. Determinar el número relativo de átomos presentes y dividir el % en peso del elemento problema entre su propio peso atómico. 2. Dividir los valores obtenidos entre el menor de ellos. 3. Si se obtienen fracciones, multiplicar los valores fraccionarios obtenidos por el mínimo común múltiplo. Ejemplo No. 1: ¿Cuál será la fórmula mínima o empírica de un compuesto, cuya composición es: P = 43.65% O = 56.36%? Datos: Pesos atómicos: P = 32 O = 16 Paso No. 1: Determinar el número relativo de átomos. P = 43.65 / 31 = 1.4 O = 56.36 / 16 = 3.5 Paso No. 2: Dividir los valores obtenidos entre el menor. TAREA 12 P = 1.4 /1.4 = 1 O = 3.5 / 1.4 = 2.5 Paso No. 3: Multiplicar por el mínimo común múltiplo todos los valores obtenidos en el paso anterior. Página 59. 20 P = 1x2 = 2 O = 2.5 x 2 = 5 Estequiometría La fórmula mínima o empírica resultante es: P2O5 Anota el nombre de la fórmula mínima resultante.__________________ Fórmula molecular La fórmula molecular es un múltiplo de la fórmula mínima o empírica, se le suele llamar fórmula condensada o fórmula verdadera y nos indica el número total de átomos de cada elemento que se encuentra presente en una molécula de un compuesto. Para determinar la fórmula molecular 1. Calcular el “peso fórmula” de la fórmula mínima, sumando los pesos atómicos de los elementos que le forman. 2. Establecer la relación del peso molecular con respecto al peso fórmula (fórmula mínima). F = Peso molecular/ peso fórmula 3. Multiplicar el factor anterior, aproximado a un número entero, por los índices de la fórmula mínima, para obtener los índices de la fórmula molecular. Fórmula molecular = Factor (Fórmula mínima). Ejemplo: 1. La fórmula mínima de un compuesto es CHO2 , y su peso molecular es de 90, ¿Cuál es su fórmula molecular? Datos: Fórmula mínima = CHO2 Peso molecular = 90 gr/mol Peso fórmula = 12 + 1 + 32 = 45 Factor = 90 / 45 = 2 Fórmula molecular: Factor (fórmula molecular) Fórmula molecular: 2 (CHO2) = C2H2O4 Para saber más y enriquecer el tema, visita el sitio: http://edulat.com/diversifica do/quimica/4to/22.htm 2. Por análisis se encontró que un compuesto orgánico tiene la siguiente composición: C= 40%, H= 6.71%, O = 53.29 %, y que su peso molecular es de 182 gr/mol. (C=12, H=1, O=1) ¿Cuál es la fórmula molecular? 1. C=40/12= 3.33 H= 6.71 / 1 = 6.71 O= 53.29 / 16 =3.33 2. C= 3.33 / 3.33 = 1 H= 6.71/ 1 = 6.71 O= 3.33/ 3.33 = 1 La fórmula empírica o mínima es : CH2O 3 Peso fórmula: 12 + 2 + 16 = 30 Peso molecular: 182/30 = 6 La fórmula molecular es : (6) (CH2) = C6H12O6 21 Química 2 1.2. REACTIVO LIMITANTE. Se van a preparar sándwiches para un equipo de estudiantes del Colegio de Bachilleres que van a hacer una práctica de campo al Centro Ecológico de Sonora. Para preparar un sándwich se necesitan dos rebanadas de pan, una rebanada de queso amarillo y una rebanada de jamón. Tenemos 50 rebanadas de pan, 21 rebanadas de jamón y 30 rebanadas de queso. Sólo se pueden preparar 21 sándwiches de jamón y queso porque ya no se tiene más jamón. Entonces se puede decir que el jamón es el ingrediente limitante al número de sándwiches preparados. Y llamamos reactivos en exceso a las rebanadas de pan y queso que quedaron. Haciendo una analogía con una reacción química, el reactivo que se consume o se agota antes que los demás, es el reactivo limitante, y hace que se detenga la reacción, dejando a los reactivos en exceso como sobrantes. Por ejemplo: se quiere obtener agua a partir de 10 moles de H2 y 7 moles de O2 . 2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O(l) Al reactivo que se encuentra en menor proporción, respecto a la estequiometría de la reacción se le conoce como reactivo limitante y el que sobra, como reactivo en exceso Dado que la estequiometría de la reacción indica que 2 moles de hidrógeno reaccionan con una mol de oxígeno para obtener dos moles de agua. Dado que dos moles de H2 ≈ 1 mol de O2 , el número de moles de O2 que se necesitan para reaccionar todo el H2 es: (10 moles H2 ) ( 1 mol O2) Moles de O2 = ___________________________ = 5 moles O2 2 moles H2 Como había 7 moles de O2 al iniciar la reacción, ahora habrá: 7 moles O2 – 5 moles O2 = 2 moles O2 de tal manera que quedarán 2 moles O2 cuando se haya agotado el H2. En este ejemplo, el H2 es el reactivo limitante, que nos indica que se consumió todo el hidrógeno y que la reacción se detendrá; el O2 es entonces el reactivo en exceso dado que al realizar los cálculos nos quedaron dos moles del mismo. Lo anterior demuestra que las cantidades de productos formados en una reacción están determinados por la cantidad del reactivo limitante. En una reacción química la situación es similar: una vez que se haya consumido uno de los reactivos, la reacción se detiene. 2H2(g) + O2(g) → 2H2O (l) Así, si se quiere obtener agua a partir de 10 moles de hidrógeno y 7 moles de oxígeno, como la estequiometría de la reacción es: 2 moles de hidrógeno reaccionan con 1 mol de oxígeno para dar 2 moles de agua, una vez que haya 22 Estequiometría reaccionado todo el hidrógeno quedarán 2 moles de O2 y se habrán obtenido 10 moles de agua. Ejemplo: Considera la siguiente reacción: 2NH3 + → CO2 (NH2) 2 CO + H2O Imagina que se mezclan 637.2 g de NH3 con 1142 g de CO2. ¿Cuántos gramos de urea (NH2) 2 CO se obtendrán? 1. Primero tienes que convertir los gramos de reactivos en moles: 637.2 g NH3 x 1 mol = 37.48 moles NH3 17 g 1142 g CO2 x 1 mol = 25.95 moles CO2 44 g 2. Después se define la proporción estequiométrica entre reactivos y productos: A partir de 2 moles de NH3 se obtiene 1 mol de (NH2)2CO A partir de 1 mol de CO2 se obtiene 1 mol de (NH2)2CO 3. Se calcula el número de moles de producto que se obtendrán si cada reactivo se consumiera en su totalidad: 37.48 moles NH3 25.95 moles CO2 x 1 mol (NH2)2CO 2 mol NH3 x 1 mol (NH2)2CO 1 mol CO2 = 18.74 moles (NH2)2CO = 25.95 moles (NH2)2CO 4. El reactivo limitante es el NH3. 5. Por último realizas la conversión a gramos: 18.74 moles (NH2)2CO x 60 g (NH2)2 CO = 1124.4 g (NH2)2CO 1 mol (NH2)2CO Rendimiento de una reacción ¿Por qué en una reacción química real, la cantidad de producto es menor a lo esperado teóricamente? Imagina que en las tardes vas a cascarear para ser el mejor canastero de tu equipo de básquetbol, de tal manera que una tarde lograste encestar 60 de 80 tiros. Teóricamente hubieras podido tener éxito las 80 veces, pero en realidad esto generalmente no sucede. ¿Cuánto éxito tuviste? Puedes calcular tu eficiencia en porciento dividiendo el número de tiros entre el número total de intentos y multiplicando por 100. 45 canastas 80 tiros x 100 = 56% 23 Química 2 Este 56% de tiros exitosos significa que puedes esperar encestar 56 veces de cada 100 tiros realizados. En una reacción química se hacen cálculos semejantes, pero generalmente nunca tienen éxito en la cantidad de producto que se había pronosticado. En el tema anterior, aprendiste que la cantidad máxima de productos que se forman, la determina el reactivo limitante al consumirse éste por completo. Cuando se efectúa una reacción química en la que se forman las cantidades máximas de productos, calculadas a partir del reactivo limitante, se dice que la reacción tiene un rendimiento del 100 por ciento. Para saber más y enriquecer el tema, visita el sitio: http://www.tecnun.es/Asign aturas/quimica/Curso0/este quiometr%C3%ADa.htm A la cantidad máxima posible de producto formado, cuando todo el reactivo limitante se convierte en él o los productos deseados, se le llama rendimiento teórico. La cantidad de producto que se forma suele ser menor a la que predice el rendimiento teórico, por lo que es necesario definir la relación entre el rendimiento verdaderamente obtenido en una reacción (rendimiento real) y el rendimiento teórico. El rendimiento porcentual de una reacción se define como: Rendimiento = Rendimiento real x Porcentual Rendimiento teórico 100 % Por ejemplo: En el ejercicio del tema anterior calculaste que se formaron 1124.4 g de urea. Este es el rendimiento teórico. Si en realidad se formaran 953.6 g el porcentaje de rendimiento será: Rendimiento = Rendimiento real x Porcentual Rendimiento teórico Rendimiento = Porcentual 953.6 1124.4 x 100 % 100 % Rendimiento = 84.80 % Porcentual El rendimiento porcentual tiene un intervalo que fluctúa de 1 a 100 por ciento. Los químicos siempre buscan aumentar el rendimiento porcentual en las reacciones. Sin embargo, hay factores como la temperatura y la presión que pueden afectar este rendimiento. 24 Estequiometría 1.3. LA CONTAMINACIÓN DEL AIRE. El siguiente mapa conceptual te muestra la relación existente entre los contaminantes primarios y secundarios y sus principales fuentes emisoras. Contaminantes del aire Pueden ser Primarios Secundarios Los cuales son Estos Originados en el aire por interacciones entre dos o más contaminantes primarios, o por la reacciones constituyentes de la atmósfera Se producen directamente de las fuentes de emisión Ejemplos de ellos son CO2 Óxidos de carbono Gas produce el efecto invernadero Este Produce el calentamiento global de la tierra y cambio climático Algunos Ejemplos son como como CO Óxidos de azufre Este como SO2 Trióxido de azufre SO3 Un ejemplo es Agentes oxidantes Lluvia ácida Forma lluvia ácida y produce daños a la salud Ozono El cual constituye el Esmog fotoquímico NO como Formación del esmog Destrucción del ozono Daños a la salud Corrosión de tejidos y materiales NO2 Óxidos de nitrógeno NOX Compuestos orgánicos volátiles Partículas y aerosoles CFC son Los cuales producen Metano Primarios son Secundarios como Sustancias radioactivas Calor Destrucción del ozono El cual es el responsable del Efecto invernadero Reacción estratosférica producen De origen biológico, polvos, volcanes, incendios Calentamiento y enfriamiento Iones sulfato y nitrato Por ejemplo Isótopos Rn235 I131 CS137 Sr90 Que producen Cáncer Afecta la reproducción 25 Química 2 1.3.1. Inversión térmica El mapa conceptual que a continuación se te presenta resume el fenómeno conocido como inversión térmica y su relación con la contaminación. Inversión térmica Se define como: Se produce cuando: Un fenómeno natural que consiste en el cambio de posición de las capas de aire caliente y frío Y genera: Al llegar el aire frío y ponerse en contacto con la capa de aire caliente que se encuentra pegada a la tierra, barre los contaminantes La producción de una atmósfera con altos niveles de contaminación Algunos de los cuales son Óxido de nitrógeno CO Produciendo Cambios Como: Dióxido de azufre SO2 Capa 2 intermedia Aire caliente con contaminantes Desiertos más cálidos, casquetes polares que se funden, inundaciones en algunas costas, avance de la desertificación. Compuestos Clorofluorcarbonados CFC 26 Capa 1 inferior Aire frío cerca del suelo Aumento de la temperatura de la tierra Monóxido de nitrógeno O2 Ozono O3 Se caracteriza por presentar tres capas Capa 3 superior Aire frío que atrapa a la capa de aire caliente. Estequiometría Analiza las figuras 2.1 y 2.2 describiendo con tus propias palabras el fenómeno de inversión térmica y coméntalo con tus compañeros y tu profesor. EJERCICIO 5 Figura 2.1 Figura 2.2 ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 27 Química 2 1.3.2. El esmog INSTRUCCIONES: Con base en la investigación bibliográfica reúnete en equipos de dos o tres integrantes, lee la siguiente historia y contesta las preguntas. Al final comenta tus resultados con el profesor. La maestra de lectura y redacción, nos pide que redactemos una historia en la que se relacione la química con el medio ambiente y Pedro escribió lo siguiente: Para ir a la escuela tengo que viajar con mi papá, ya que ésta queda lejos de mi casa, por lo que tenemos que salir cerca de la 6:00 AM y antes de subirme al automóvil observo que este sería un día soleado y caluroso, después al llegar a la autopista me fije que estaba sola, y que rápidamente se llenaba de automóviles y recordé la clase anterior de química en donde la maestra nos explicaba que en la atmósfera al aumentar la concentración de hidrocarburos volátiles se hace presente también el monóxido de nitrógeno (NO). Al ver la gran cantidad de automóviles pienso: seguro que la concentración de monóxido de nitrógeno llegará al máximo en esta zona de la ciudad, pero este disminuirá, ya que el nivel de dióxido de nitrógeno (NO2) se elevará. Lo bueno es que avanzada la mañana la cantidad de automóviles disminuirá y con ello las concentraciones de hidrocarburos y dióxido de nitrógeno. Pero al mismo tiempo se forma una EJERCICIO 6 mezcla de hidrocarburos, parcialmente oxidados, ozono y otros oxidantes. Pero yo no veré estos compuestos químicos sino que sólo observaré la presencia de una niebla o bruma que me irrita los ojos. Contesta las siguientes preguntas: 1. ¿En qué fenómeno estaba pensando Pepe? __________________________________________________________ __________________________________________________________ 2. ¿Qué reacciones se llevan a cabo ahí? __________________________________________________________ __________________________________________________________ 3. Escribe tres reacciones que se realicen cuando se genera esmog __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ 4. ¿Qué productos crees que se obtienen de estas reacciones? ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ 6. ¿Qué es un IMECA? ___________________________________________________________ 28 Estequiometría Seguro que en la revisión del ejercicio anterior encontraste términos y reacciones desconocidas para ti. Por lo tanto a continuación se te presenta un resumen de las principales reacciones que intervienen en la formación de esmog, después en tu clase de ecología se ampliará el concepto al relacionar todas estas reacciones entre si. Para la formación del esmog se efectúan una serie de reacciones como: I. FORMACIÓN DE MONÓXIDO DE NITRÓGENO 25000C N≡N + O=O 2NO (monóxido de nitrógeno) La molécula de N está formada por un triple enlace covalente, por lo que necesita mucha energía para su rompimiento. (Motores de combustión interna) II. FORMACIÓN DE DIÓXIDO DE NITRÓGENO Oxidación Reacción Lenta 2NO + O2 2NO2 (dióxido de nitrógeno) Oxígeno Reacción Rápida NO + O3 NO2 + O2 (dióxido de nitrógeno) Ozono 29 Química 2 Radical peróxido ROO’ + NO RO’ + NO2 dióxido de nitrógeno Realiza oxidación Producto de emisiones de vehículos y evaporación de tanques. ROO’ + NO FOTÓLISIS.Rompimiento de moléculas por efecto de la energía de una radiación electromagnética. RO’ + NO2 Se absorben las radiaciones visibles y ultravioleta de la luz solar NO + O fotólisis III. FORMACIÓN DE OZONO Molécula de N u O Ozono O + O2 Oxígeno atómico + M O3 Oxígeno molecular IV. FORMACIÓN DE OXÍGENO O3 O2 + Fotólisis 30 O + M Estequiometría V. FORMACIÓN DE RADICALES HIDROXILO O + H2 O 2 OH Radicales hidroxilo Retienen su energía adicional NO2 + H2O NO + 2 OH VI. FORMACIÓN DE ALDEHÍDO R-CH3 + 2O2 + 2NO RCHO + 2NO2 +H2 O VII. FORMACIÓN DE ALDEHÍDO Hidrocarburo Alifático volátil Aldehído VIII. FORMACIÓN DE NITRATO DE PEROXIACETILO CH3-CHO + OH CH3-CO + H2 O CH3-CO + O2 + M CH3-COOO Radical acetil peroxi CH3-C OOO + NO2 CH3-COOO-NO2 Nitrato de peroxiacético (PAN) El mayor irritante de membranas y ojos 31 Química 2 En la atmósfera se realizan rápida, lenta y análogamente este conjunto de reacciones, las cuales junto con otras propiedades físicas como presión y temperatura producen el fenómeno conocido como esmog. PAN. son las iniciales del NITRIATO DE PEROXIACÉTICO Es el mayor irritante de membranas y ojos muy difundido en el esmog.. Figura 2.3 La siguiente figura nos muestra un resumen y la interacción entre las principales reacciones que se llevan a cabo para generar al esmog. Fuente: Introducción a la química y el ambiente 2004 1.3.3. Lluvia ácida EJERCICIO 7 INSTRUCCIONES: En cada una de las siguientes reacciones indica, mediante las formulas correspondientes, el o los productos que se forman: a. CO2 + H2O b. 2SO2 + O2 c. SO3 + H2O d. 3NO2 + H2O TAREA 13 Página 61. 32 Estequiometría El siguiente mapa conceptual nos resume las formas en que los contaminantes caen a la atmósfera con los principales efectos dañinos. Se produce por Lluvia ácida Es un fenómeno que Produce efectos dañinos en Describe las diversas formas en que los ácidos caen en la atmósfera Sus componentes constan de dos partes Húmeda Los bosques Evita la absorción de nutrientes en el suelo y Seca Ocasiona la muerte de plantas y árboles Producida por Niebla y nieve ácida lluvia Los suelos Donde reacciona con Gases y partículas ácidas Los lagos y arroyos Metales Y produce Acidificación Como son SO2 Afectando NOX La vida acuática Estos Gases reaccionan en la atmósfera con el agua, el oxígeno y otras sustancias químicas Ya que forma Los seres vivos Afectando Produciendo Diversos compuestos ácidos Por ejemplo H2SO4 ácido sulfúrico SO2 y NOx La respiración Los materiales Ya que ocasiona HNO3 ácido nítrico Corrosión de monumentos y estructuras 33 Química 2 1.4. LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA. El siguiente mapa conceptual nos resume la contaminación del agua La contaminación del agua Produce Alteraciones La originan Biológicas Fuentes naturales Actividades humanas Químicas Como son Metales pesados Desarrollo Estas son producidas por Productos orgánicos e inorgánicos de desecho. Produce Hidrocarburos Desecho fecales, virus, restos orgánicos, animales y plantas muertos. Como son Que genera Industrialización Urbanización La cual produce Ph. Oxígeno disuelto, demanda bioquímica de oxígeno, materiales oxidables, nitrógeno, fósforo total, y otros como aniones y cationes. Metales, cianuros y disolventes Transportes marítimos Estos producen Que generan Emisión de plomo, sales, ácidos y petróleo 34 Residuos orgánicos y basura Eutrofización, aparición de microorganismos nocivos Estequiometría La contaminación térmica es otra forma de contaminación por temperatura y se origina cuando el agua es utilizada como refrigerante en las plantas que generan electricidad principalmente, regresando aguas con temperaturas relativamente más altas, afectando a los organismos poiquilotermos que habitan en el medio, eliminando a muchos de estos. El confinamiento de desechos industriales es una práctica desde hace tiempo muy común, reduciéndose en los últimos años ya que en países industrializados se emplean nuevas técnicas de eliminación o neutralización de residuos peligrosos. Debido a que en confinamientos en el pasado no se respetaban todas las medidas de seguridad o el uso de material que se oxidaba con el tiempo (tambores metálicos) terminaron contaminando acuíferos cercanos a los terrenos de acumulación de desechos. Se está haciendo un gran esfuerzo con acuerdos internacionales, para darle un tratamiento más seguro a los desechos peligrosos de la industria, como incineración o tratarlos con sustancias que neutralicen su peligrosidad antes de confinarlos. 35 Química 2 Nombre________________________________________________________ TAREA 1 No. de lista _______________________ Grupo _____________________ Turno_________________________________ Fecha _________________ INSTRUCCIONES: Investiga cual es el proceso que se da en la atmósfera y que recicla en forma natural los contaminantes. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 37 Química 2 ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 38 Estequiometría Nombre________________________________________________________ TAREA 2 No. de lista _______________________ Grupo _____________________ Turno_________________________________ Fecha _________________ INSTRUCCIONES: a) Realiza una consulta bibliográfica e investiga ejemplos de contaminantes primarios y secundarios. b) Realiza también un listado de las actividades humanas que generan estos contaminantes. c) En clase: exponer los ejemplos investigados y comentar las experiencias con este tipo de contaminantes del aire. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 40 Estequiometría Nombre________________________________________________________ TAREA 3 No. de lista _______________________ Grupo _____________________ Turno_________________________________ Fecha _________________ INSTRUCCIONES: a) Relata en forma breve lo que entiendes por inversión térmica. b) Investiga que problemas de salud, puede ocasionar la inversión térmica c) Investiga cuáles son las principales ciudades que presentan este fenómeno en México. d) En clase comenta las respuestas anteriores. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 42 Estequiometría Nombre________________________________________________________ TAREA 4 No. de lista _______________________ Grupo _____________________ Turno_________________________________ Fecha _________________ INSTRUCCIONES: Elabora un periódico mural en donde se explique que es la inversión térmica. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 43 Química 2 ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 44 Estequiometría Nombre________________________________________________________ TAREA 5 No. de lista _______________________ Grupo _____________________ Turno_________________________________ Fecha _________________ INSTRUCCIONES: Realiza las siguientes investigaciones: 1. ¿Qué reacciones crees que se realizan para la producción de? a. Ácido sulfúrico. b. Ácido nítrico. c. Ácido carbónico. 2. Investiga quienes son las principales fuentes emisoras de ácido nitroso, sulfúrico y carbónico 3. ¿Qué repercusiones sociales, económicas y ecológicas puede crear la lluvia ácida? 4. Investiga cuál es el proceso que se da en la atmósfera y que recicla en forma natural los contaminantes. 5. Prepara una exposición con el material investigado para presentarlo en clase. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 45 Química 2 ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 46 Estequiometría Nombre________________________________________________________ TAREA 6 No. de lista _______________________ Grupo _____________________ Turno_________________________________ Fecha _________________ INSTRUCCIONES: Investiga los fines prácticos de el BDO (Demanda Bioquímica de Oxígeno) en el proceso de descontaminación en las plantas tratadoras de agua. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 47 Química 2 ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 48 Estequiometría Nombre________________________________________________________ TAREA 7 No. de lista _______________________ Grupo _____________________ Turno_________________________________ Fecha _________________ INSTRUCCIONES: Empleando tu tabla periódica, resuelve los siguientes problemas de masa molecular o peso molecular para cada uno de los siguientes compuestos. H2SO4 NH3 K3PO4 C3H8 NaBr H2CO3 Ca(MnO4)2 H3AsO4 CuSO4.5H2O Cu(NO3)2 49 Química 2 50 Estequiometría Nombre________________________________________________________ TAREA 8 No. de lista _______________________ Grupo _____________________ Turno_________________________________ Fecha _________________ INSTRUCCIONES: Resuelve los siguientes problemas de estequiometría, expresando los resultados en términos de moles. Cálculos estequiométricos expresados en unidades químicas 1) ¿Cuántas moles de nitrato de plata son necesarias para producir 6 moles de ácido nítrico, de acuerdo a la ecuación balanceada? 2AgNO3 + H2S → 2) Ag2S + 2HNO3 ¿Cuántas moles de ácido sulfhídrico deberán reaccionar con el nitrato de plata, para producir 3 moles de sulfuro de plata, de acuerdo a la siguiente ecuación química balanceada? 2AgNO3 + H2S → Ag2S + 2HNO3 51 Química 2 3) ¿Cuántas moles de hidróxido de aluminio se requieren para producir 5 moles de sulfato de aluminio, de acuerdo a la siguiente ecuación química balanceada? 2Al(OH)3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 6H2O 4) ¿Cuántas moles de trióxido de azufre se requieren para producir 8 moles de ácido sulfúrico, de acuerdo a la siguiente ecuación balanceada? SO3 + H2O → H2SO4 5) ¿Cuántas moles de carbonato de sodio deben reaccionar con el ácido clorhídrico, para producir 3 moles de ácido carbónico, de acuerdo a la siguiente ecuación balanceada? 2HCl + Na2CO3 → 2NaCl + H2CO3 52 Estequiometría Nombre________________________________________________________ TAREA 9 No. de lista _______________________ Grupo _____________________ Turno_________________________________ Fecha _________________ INSTRUCCIONES: Resuelve los siguientes problemas de estequiometría, expresando los resultados en términos de gramos. Cálculos estequiométricos expresados en unidades físicas. 1) Una de las sustancias utilizadas como materia prima para la obtención de cobre es la calcopirita (CuFeS2). Ésta, al reaccionar con el oxígeno molecular, produce cobre, óxido de fierro II y dióxido de azufre. 2CuFeS2 +5O2 →2Cu + 2FeO + 4SO2 Partiendo de la ecuación balanceada resuelve los siguientes incisos: a) ¿Cuántos gramos de calcopirita deben reaccionar con el oxígeno para producir 2000 gr de cobre? b) ¿Cuántos gramos de cobre se obtienen a partir de la reacción de 3500 gr de calcopirita con el oxígeno? 2) El ácido adípico o hexanodióico, materia prima que se utiliza para fabricar nylon, se obtiene comercialmente a partir de ciclohexano. ¿Qué cantidad de ácido adípico se produce a partir de 25 gr de ciclohexano? 2C6H12 + 5O2 → 2C6H10O4 + 2H2O 3) El hidróxido de litio, es un sólido que se utiliza en los vehículos espaciales para eliminar el bióxido de carbono que exhalan los astronautas. El hidróxido de litio reacciona con el bióxido de carbono para producir carbonato de litio y agua líquida. 2LiOH + CO2 → Li2CO3 + H2O a) ¿Cuántos gramos de hidróxido de litio se requieren para eliminar el suficiente bióxido de carbono y producir 700 gr. de carbonato de litio? 53 Química 2 54 Estequiometría Nombre________________________________________________________ TAREA 10 No. de lista _______________________ Grupo _____________________ Turno_________________________________ Fecha _________________ INSTRUCCIONES: Con base en la siguiente ecuación química balanceada, resuelve los problemas planteados. 1. Al medir los índices de contaminación, para determinar el monóxido de carbono (CO) que contiene la atmósfera se utiliza el reactivo llamado pentóxido de diyodo (I2O5), bajo la siguiente reacción: I2O5 (s) + 5CO(g) 5CO2(g) a) ¿Cuántos litros de CO2 se produjeron, si en la atmósfera de ayer en la Ciudad de Guadalajara había 3600 litros de CO? b) ¿Cuántos gramos de pentaóxido de diyodo (I2O5) se utilizaron, si de los análisis resultó que se produjeron 4500 litros de CO2 el día de ayer en la Ciudad deMéxico? 55 Química 2 56 Estequiometría Nombre________________________________________________________ TAREA 11 No. de lista _______________________ Grupo _____________________ Turno_________________________________ Fecha _________________ INSTRUCCIONES: Resuelve los siguientes problemas y anota los cálculos. 1. La turquesa tiene la siguiente fórmula química CuAl6(PO4)(OH)8. Cálcula la composición centesimal de cada elemento en la turquesa. 2. Una de las rocas más comunes en la tierra es el feldespato. Este tipo de roca tiene una composición CaAl2S2O8. ¿Cuántos gramos de aluminio pueden obtenerse a partir de 1276 kg. de aluminio de feldespato? 3. Una tableta de tylenol tienen una masa de 0.611 g. Que contiene 251 miligramos de su principio activo, al acetaminofen (C8H9NO2). a) ¿Cuál es el porcentaje en masa del acetaminofen en un comprimido de tylenol? b) ¿Cuántos gramos de nitrógeno están presentes en dicho comprimido? 57 Química 2 58 Estequiometría Nombre________________________________________________________ TAREA 12 No. de lista _______________________ Grupo _____________________ Turno_________________________________ Fecha _________________ INSTRUCCIONES: Resuelve los siguientes problemas y anota los cálculos. 1) El cromo tiene tres diferentes óxidos, cada uno con 52%, 68.4% y 76.5% del metal. ¿Cuáles son sus fórmulas mínimas? 2) El análisis de un compuesto venenoso que contienen las hojas del tabaco (la nicotina) produce estos resultados: 74.0% de C, 8.7 % de H y 17.3 % de O. ¿Cuál es su fórmula mínima? 3) Determina la fórmula mínima para la aspirina que contiene 60.6 % de C, 4.5% de H y 35.5 % de O. 59 Química 2 60 Estequiometría Nombre________________________________________________________ TAREA 13 No. de lista _______________________ Grupo _____________________ Turno_________________________________ Fecha _________________ INSTRUCCIONES: Resuelve los siguientes problemas y anota los cálculos. 1) La masa molecular de la dimetilhidrazina es de 60g/mol y está formada por átomos de C, H, y N. La combustión de 2.859 gramos de esta sustancia con exceso de oxígeno produce 4.19 gramos de CO2 y 3.43 gramos de agua. ¿Cúales son las fórmulas empírica y molecular de la dimetilhidrazina? 2) El ácido adípico es un compuesto formado por C, H y O. Se utiliza en la fabricación del nylon. Un análisis reveló que el compuesto contiene 49.3 % de C y 43.8% de O. Cálcula: a) El porcentaje de H c) La fórmula molecular si la masa del ácido es de 146 UMA 3) El selenio puede formar dos tipos de compuestos con el flúor. Se analizó una muestra de 5.0 g de uno de estos compuestos y se encontró que contiene 2.45 g de flúor. Determina: a) ¿Qué masa de selenio contenía la muestra? b) ¿Cuántos moles de selenio contenía la muestra? c) ¿Cuántos moles de flúor contenía la muestra? d) La fórmula molecular de este compuesto. 61 Química 2 62 Estequiometría Nombre______________________________________________________ AUTOEVALUACIÓN No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Lee cuidadosamente los siguientes cuestionamientos y selecciona la opción correcta. 1. ¿Cuál de las siguientes cantidades es igual para un mol de H2 y N2? Masa. Densidad. Temperatura. Número de moléculas. Una muestra de glucosa C6H12O6 contiene 4.0x1022 átomos de carbono. ¿Cuántos átomos de hidrógeno contiene la muestra?  2.0 x 1022 24.0 x 1022 4.0 x 1022 8.0 x 1022 2. 3. C3H8 ( g ) + 5O2 ( g ) → 3CO2 ( g ) + 4H2O ( g ) ¿Cuántos litros de propano, C3H8, se requieren para producir 100 litros de bióxido de carbono? 32.88 litros de C3H8 33.33 litros de C3H8 37.36 litros de C3H8 39.83 litros de C3H8 4. NaHCO3 (ac) + HCl (ac) → NaCl (ac) + H2O ( l ) + CO2 ( g ) ¿Cuántas moles de ácido clorhídrico deben reaccionar con el bicarbonato de sodio para producir 50 litros de bióxido de carbono? 2.67 moles de HCl 2.98 moles de HCl 2.39 moles de HCl 2.23 moles de HCl 5. En una reacción química el rendimiento real es casi siempre: Igual que el rendimiento teórico. Mayor que el rendimiento teórico. Menor que el rendimiento teórico Se ignora. 63 Química 2 6. En una reacción química el reactivo limitante es la especie química que: Consume al final. Consume primero. Produce al final. Produce primero. 7. Una muestra de etano C2H6 contiene 2.0 x 1022 átomos de C, ¿cuántos átomos de H contiene? 2 x1022 3 x1022 6 x1022 12 x1022 8. ¿Cuál es la fórmula molecular, si un compuesto tiene una fórmula empírica NO2 y una masa molar de 92.02 g/mol? NO4 N2O2 N2O4 NO 9. La fórmula más simple para un compuesto que contiene 32.79% de Na, 13.02% de Al y 54.19% de F es: Na3AlF6 NaAlF Na2AlF5 Na2Al2F4 10. En una reacción química el reactivo en exceso es la especie química que: sConsume al final. Consume primero. Consume una parte y otra no. Produce primero. 11. La mayoría de los gases de la atmósfera se localizan en todas las capas de la misma, pero un 75% de la masa de todos los gases se localiza en:     Estratosfera. Troposfera. Ozonósfera. Ionosfera. 12. Uno de los principales efectos beneficiosos de la capa atmosférica y que evita daños a los seres humanos es:     64 Efecto invernadero. Blindaje contra radiaciones. El alto contenido de dióxido de carbono. Efecto fotoquímico. Estequiometría 13. El smog fotoquímico se forma en presencia de la luz solar como catalizador y sus principales compuestos o contaminantes que origina en la atmósfera son:     N, S Y CO2 Ar, S Y CO2 H2 Y SO4 O3, CH4 y CO2 14. La atmósfera está compuesta principalmente de:     CO2 Y H2O O3, CO2 Y H2O Kr, N2 Y H2O N2 Y O2 15. El amoniaco NH3 se considera un contaminante y su principal origen en forma natural es:     El fitoplancton. Secreciones animales. Erupciones volcánicas. Desprendimiento del suelo. 16. ¿Qué es un contaminante primario?  Son todos los productos químicos, que resultan de los eventos y también todos aquellos que resultan de las actividades del ser humano.  Son todos los productos químicos, que resultan de las reacciones que se efectúan en el medio ambiente.  Son todos los productos químicos, que resultan de los eventos y también todos aquellos que resultan de la descomposición de la materia orgánica por microorganismos.  Se forman de las reacciones entre los mismos contaminantes primarios, o con los componentes básicos del aire dando lugar a otros compuestos contaminantes. 17. Los contaminantes primarios y secundarios reaccionan formando el smog fotoquímico. No sería posible esto aún con la presencia en las reacciones de:     Luz infrarroja. Rayos gama. Rayos x. Luz ultravioleta. 18. ¿Qué es la fotólisis?     Rompimiento de moléculas, por efecto de la energía de una radiación electromagnética. Rompimiento de enlaces iónicos, por efecto de la energía de una radiación electromagnética. Rompimiento de moléculas por efecto de la energía de una radiación uv. Rompimiento de moléculas por efecto de la energía calorífica. 65 Química 2 19. ¿Quién genera la oxidación rápida del NO?     Oxigeno O2 Monóxido de carbono CO Bisulfuro de carbono CS2 Ozono O3 20. El contaminante principal que mezclado con los gases de la atmósfera causan irritación de ojos y membranas es:     Oxígeno Óxido nitroso Nitrato de peroxiacético Ozono O3 21. El origen de un contaminante antropogénico es:     La basura La naturaleza El hombre La industria 22. Es el contaminante de origen natural producto de la degradación biológica en ausencia de aire:     Sulfuro de hidrógeno H2S Sulfuro de dimetilo (CH3)2s Sulfuro de carbonato (COS) Disulfuro de carbono CS2 ESCALA DE MEDICIÓN DEL APRENDIZAJE 66 ¾ Si todas tus respuestas fueron correctas: excelente, por lo que te invitamos a continuar con esa dedicación. ¾ Si tienes de 15 a 21 aciertos, tu aprendizaje es bueno, pero es necesario que nuevamente repases los temas. ¾ Si contestaste correctamente 14 ó menos reactivos, tu aprendizaje es insuficiente, por lo que te recomendamos solicitar asesoría a tu profesor. Consulta las claves de respuestas en la página 259. Estequiometría EJERCICIO DE REFORZAMIENTO 1 Nombre______________________________________________________ No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Resuelve los siguientes problemas de estequiometría, en reacciones que involucran gases en solución. Cálculos estequiométricos en soluciones gaseosas. 1. ¿Cuántos litros de bióxido de carbono se producirán al reaccionar 10 litros de oxígeno molecular, con una molécula de glucosa? C6H12O6(s) + 6O2(g) → 6CO2(g) + 6H2O(l) 2. ¿Cuántos litros de ácido clorhídrico gaseoso se requieren para producir 50 litros de gas cloro, de acuerdo a la siguiente ecuación balanceada? 4HCl (g) + O2 (g) →2Cl2 (g) + 2H2O (g) 3. ¿Cuántos litros de nitrógeno gaseoso se requieren para producir 30 litros de amoníaco, de acuerdo a la siguiente ecuación balanceada? N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g) 67 Química 2 4. ¿Cuántos litros de óxido de dinitrógeno se formarán a partir de la reacción de 5 moles de ácido nítrico con suficiente zinc, de acuerdo a la siguiente reacción balanceada? 4Zn (s) + 10HNO3 (ac) → 4Zn(NO3)2 (ac) + N2O (g) + 5H2O (l) 5. El pentóxido de diyodo, se utiliza como reactivo para determinar la cantidad de monóxido de carbono en la atmósfera. ¿Cuántos litros de bióxido de carbono se formarán a partir de la reacción de pentóxido de diyodo con 3000 litros de monóxido de carbono? I2O5 (s) + 5CO (g) → I2 (s) + 5CO2 (g) 68 Estequiometría EJERCICIO DE REFORZAMIENTO 2 Nombre______________________________________________________ No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Organiza un equipo de trabajo con tus compañeros de clase. Resuelve en tu cuaderno los siguientes ejercicios y comenta los resultados y las dudas que surjan con tu profesor. 1. ¿Qué volumen de oxígeno, en condiciones estándar, se puede obtener a partir de 1.5 moles de clorato de potasio? 2KClO3 → 2KCl + 3O2 ( g ) 2. ¿Cuántas moles de NaHCO3 deben reaccionar con el HCl para producir 15 litros de CO2 en condiciones estándar? NaHCO3(ac) + HCl(ac) → NaCl (ac) + H2O( l ) + CO2 (g) 3. ¿Qué volumen de H2SO4 0.5 M se requieren para producir 2.5 litros de hidrógeno gaseoso en condiciones estándar? 2Al ( s ) + 3H2SO4 (ac) → Al2(SO4)3 (ac) + 3H2 ( g ) 69 Química 2 4. El peróxido de sodio, Na2O2, reacciona con el agua para producir hidróxido de sodio y oxígeno, ¿cuántos litros de oxígeno, bajo condiciones estándar, se producirán a partir de 18 gr de peróxido de sodio? 2Na2O2 ( s ) + 2H2O ( l ) → 4NaOH (ac) + O2 ( g ) 70 Estequiometría EJERCICIO DE REFORZAMIENTO 3 Nombre______________________________________________________ No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Determina la composición porcentual de las siguientes moléculas: a) Aspirina: C9H8O4 b) Colesterol: C27H46O c) Octano: C8H18 d) Azúcar: C22H22O11 e) Éter: C2H6O 71 Química 2 72 Estequiometría Nombre______________________________________________________ EJERCICIO DE REFORZAMIENTO 4 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Resuelve los siguientes problemas y anota los cálculos. 1. La preparación industrial del etilenglicol (C6H6O2), que se utiliza como anticongelante para automóviles y en la preparación de fibras de poliéster (dacrón) se realiza según la siguiente ecuación balanceada: C2H4O + H2O C2H6O2 Óxido de etileno etilenglicol Si se deja reaccionar 165 g de óxido de etileno con suficiente cantidad de agua. ¿Cuál es el porcentaje de rendimiento si en realidad se obtienen 215 g de etilenglicol? La nitroglicerina, más propiamente denominada trinitrato de glicerina, es un explosivo poderoso, inestable al calor o al choque. Se le prepara para condiciones cuidadosamente controladas por reacción entre el glicerol (conocido comúnmente como glicerina) (C3H8O3), el ácido nítrico (HNO3) y ácido sulfúrico (H2SO4) como catalizador. En una preparación de ensayo, 25 g de glicerol, fueron tratados con un exceso de HNO3 habiéndose obtenido 53 g de nitroglicerina. ¿Cuál fue el porcentaje de rendimiento? 73 Química 2 74 Química 2 Unidad 2 Sistemas Dispersos Objetivos: El alumno: • Caracterizará los tipos de dispersiones de la materia identificando sus propiedades principales, cuantificando la concentración de una disolución, planteando la importancia de estos sistemas en la naturaleza y los seres vivos, con una actitud crítica y responsable. ¿Sabías qué? Cuando hablamos de una solución de zinc (de 30 a 40%) disuelto en 60 a 70% de cobre en realidad estamos hablando de la constitución de un saxofón? Temario: • Mezclas homogéneas y heterogéneas. • Disoluciones, coloides y suspensiones. • Concentración de las disoluciones. Química 2 Evaluación diagnóstica de conocimientos previos Antes de iniciar ésta unidad elabora, con los siguientes conceptos, un mapa conceptual y muéstralo a tu profesor cuando te los solicite: • Átomos • Materia • Mezclas • Homogéneas • Heterogéneas • Sustancias puras • Elementos • Compuestos 2.1. MEZCLAS HOMOGÉNEAS Y HETEROGÉNEAS. En la naturaleza se encuentran diversas sustancias que utilizas en la vida diaria, las cuales se observan en diferentes estados de la materia: sólido, líquido o gaseoso. La materia se define como todo lo que ocupa un lugar en el espacio, la materia puede clasificarse en dos grandes categorías: Sustancias puras y mezclas. ¿Sabías qué? Las mezclas están presentes en: - Nuestro desayuno. - Los artículos de baño. - En el café - Etc. Las sustancias puras son todas aquellas que están formadas por un único componente, sus propiedades no cambian sin importar el estado físico o la cantidad de sustancia, es una forma de materia cuya composición es uniforme y constante. Mediante métodos químicos es posible su descomposición en elementos. Ahora bien, una mezcla es la combinación de dos o más sustancias puras en la cual conservan sus propiedades químicas individuales y características, las mezclas pueden ser homogéneas y heterogéneas. En cuanto a las mezclas homogéneas son todas aquellas que tienen una composición constante, siempre están en una fase única; por ejemplo al mezclar sal y agua, la cantidad de sal se distribuye en la totalidad de agua permaneciendo su concentración constante en cualquier punto de la mezcla. También se les conoce como Disoluciones. La limonada y los antiespectorantes, son ejemplos de soluciones líquidas; sin embargo, las disoluciones pueden contener sólidos, líquidos o gases. Las mezclas heterogéneas son aquellas en la que las sustancias individuales permanecen sin reunirse totalmente y pueden ser diferenciadas con facilidad. La mezcla de arena y agua es un ejemplo de este tipo, la arena se deposita en el fondo del recipiente y el agua por encima de ella. 76 Sistemas Dispersos INSTRUCIONES: Contesta las siguientes preguntas. 1. ¿Al formar una mezcla de sal con agua, ¿qué sucede con las propiedades de EJERCICIO 1 cada uno de los componentes de dicha mezcla? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 2. ¿Podrías separar los componentes de la mezcla anterior? ¿cómo? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ INSTRUCCIONES: En la siguiente tabla anota una lista de las mezclas que conoces, usos y que tipo de mezcla son (homogéneas o heterogéneas). N° Nombre de la mezcla Usos de la mezcla Tipos de mezcla 1 2 EJERCICIO 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2.1.1. Métodos de separación de mezclas Dependiendo del tipo de mezcla, es el tipo de método de separación que deberá utilizarse. Como metodos de separacion de mezclas podemos mencionar: Cromatografía, centrifugación, filtración, destilación, evaporación magnetismo, decantación, cristalización, sublimación. TAREA 1 Página 93. 77 Química 2 La cromatografía es muy útil para los químicos para hacer diagnósticos, con esta técnica se pueden separar muchos tipos de sustancias. Mediante esta técnica, separaras los colores de una tinta de color negro, soluble en agua. Ahora practica esta técnica con los siguientes materiales: 2 Tasas de plástico de boca ancha de 9 oz.; papel de filtro redondo; tira de papel de filtro de aproximadamente 11 cm de largo; un objeto puntiagudo de 3 a 4 mm de diámetro, aproximadamente; marcador o pluma de tinta negra soluble en agua. Procedimiento: 1. Llena con agua una de las tasas plásticas, hasta 2 cm del borde. 2. Seca cualquier residuo en el borde de la tasa. EJERCICIO 3 Coloca el papel de filtro redondo sobre una superficie limpia y seca. Haz una mancha concentrada de tinta en el centro del papel, presionando firmemente la punta del marcador sobre el papel. 3.- Utiliza el objeto puntiagudo para hacer un pequeño agujero, de 3 a 4 mm aproximadamente, o casi del diámetro de la punta de un bolígrafo, en el centro de la mancha de la tinta. 4.- Enrolla el papel de filtro de 11cm de largo en forma de mecha. Este cumplirá la función de tubo capilar para absorber la tinta. Inserta la punta del pabilo de papel en el centro del papel de filtro redondo. 5.- Coloca el montaje de papel y mecha en la parte superior de la taza de agua, con la punta de la mecha tocando el agua, El agua ascenderá por la punta y pasará al papel redondo. 6.- Cuando el agua haya llegado hasta casi 1cm del borde del papel (cerca de 20 minutos), retira cuidadosamente el papel de la taza llena de agua y déjalo en la taza vacía. Haz un dibujo del papel de filtro redondo y rotula las bandas de color. ¿Cuántos colorantes distintos puedes identificar? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Por qué ves diferentes colores en distintos sitios del papel? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Como comparas tu cromatograma con los de tus compañeros de clase que usaron otros tipos de marcadores o plumas de tinta negra? Explica las diferencias. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 78 Sistemas Dispersos 2.2. SOLUCIONES, COLOIDES Y SUSPENSIONES. Según las dimensiones de las partículas de sus componentes, las mezclas se pueden clasificar como: Disoluciones, coloides y suspensiones. También podrás encontrar el término disolución expresado como solución en alguna referencia bibliográfica, ambos términos se refieren a lo mismo. TAREA 2 Página 95. Para que puedas comprender estos conceptos realiza el siguiente ejercicio. INSTRUCCIONES: Integra un equipo de cinco personas y en el laboratorio realiza lo siguiente: 1. 2. 3. 4. 5. 7. En frascos de gerber limpios y secos, o bien en otro tipo de recipientes, transporten al plantel por separado, una cucharada cafetera de sal de mesa, azúcar, harina, arena fina, leche, clara de huevo, grenetina y café soluble. EJERCICIO 4 Ya en el laboratorio de química, utiliza ocho vasos de precipitados de 100 ml. coloca agua hasta la mitad de cada vaso y agrégale, a cada uno, una de las sustancias que trajiste, mezcla bien y deja reposar cinco minutos. Observa y anota las características de cada mezcla que realizaste. Comenta con tus compañeros de equipo las observaciones que realizaron, y con base al cuadro comparativo que elaboraste durante tu investigación, clasifica cada mezcla como: Disolución, suspensión o coloide. Compara las características que observaste con las que presentan algunos productos de uso común en tu casa. Reporta los resultados de esa actividad experimental de acuerdo a la metodología establecida y preséntalo a tu profesor. 2.2.1. Características de las disoluciones: Se conoce como disolución a una mezcla homogénea de partículas de la fase dispersa que tienen el tamaño de átomos, moléculas o iones. Las disoluciones, de acuerdo a su estado de agregación pueden ser: sólidas, líquidas o gaseosas. Normalmente en una mezcla homogénea, una de las sustancia se presenta en mayor cantidad (solvente o disolvente) y otra en menor proporción que se encuentra dispersa en la primera (soluto). Como habrás observado anteriormente, aparecen dos conceptos: solvente y soluto, los cuales se definen a continuación: Una solución simple o típica tiene dos componentes básicos. Al componente que está en exceso se le llama solvente o disolvente; se le denomina así, porque es el encargado de disolver a las sustancias. El componente o los componentes que se encuentran en menor cantidad se llama soluto y son las sustancias que se disuelven. Por ejemplo, al disolver sal en agua se forma una solución líquida de agua salada, en donde la sal es el soluto y el agua es el solvente, pero si a un saco de 10 kg de sal se le agrega un poco de agua, se forma una solución sólida de sal húmeda en donde la sal es el solvente y el agua es el soluto. 79 Química 2 El estado de agregación del solvente, es determinante para establecer el estado de agregación de la solución. De acuerdo con esto, se pueden preparar varios tipos de soluciones, los cuales se te presentan en la tabla 2.1. Tipo de solución Sólida (solvente sólido) Líquida (solvente líquido) Gaseosa (solvente gaseoso) Soluto Mezcla Ejemplo Sólido Sólido – sólido Aleaciones metálicas: Cu en Au. Líquido Sólido – líquido Amalgamas: Hg en Ag o Pt. Gaseoso Sólido – gas Acero inoxidable: Acero + H2 Sólido Líquido– sólido Agua salada. Líquido Líquido–líquido Alcohol en agua Gaseoso Líquido – gas Bebidas gaseosas, O2 en agua. Sólido Gas –sólido Desodorantes ambientales. Líquido Gas – líquido Gaseoso Gas – gas Líquidos volátiles, ambiente de hospitales. Aire. Tabla 2. Tipos de soluciones. 80 Sistemas Dispersos A continuación revisaremos las propiedades generales de las disoluciones: Para que una mezcla de varios componentes sea considerada como una solución verdadera, es necesario que presente las siguientes propiedades generales; algunas de ellas, las debiste de observar en la actividad experimental que realizaste: a) Las partículas del soluto disuelto deben ser de un tamaño a nivel de átomos, moléculas o de iones, por lo que siempre formarán mezclas homogéneas con el solvente. b) Pueden tener una proporción variable entre el soluto y el solvente. c) Pueden ser incoloras o tener color, pero por lo general son transparentes. d) El soluto permanece distribuido uniformemente por toda la solución, no se sedimenta con el tiempo y no es retenido por los filtros. e) El soluto conserva sus propiedades físicas y químicas, y por lo tanto puede ser separado del solvente por procedimientos de tipo físico. (por ejemplo evaporación, absorción, cromatografía, etc.). f) Las propiedades químicas de los componentes no se alteran mientras no haya reacción química entre ellos o con ellos. Para una mejor comprensión de los puntos anteriores, realiza la siguiente actividad. INSTRUCCIONES: Asesorado por tu profesor y en equipo de cinco personas realiza en el laboratorio las siguientes mezclas: Kool Aid® de fresa y agua; arena fina y agua; harina y agua. 1. Prepara un embudo de cristal con papel filtro para cada una de las mezclas y realiza el filtrado por separado de cada una de ellas. 2. Prepara un equipo de destilación para el filtrado de la mezcla de Kool Aid® agua y realiza la evaporación del agua. 3. Prepara un embudo de cristal con papel filtro, coloca un poco de carbón vegetal previamente molido en el papel filtro, y filtra la mezcla de Kool Aid® y EJERCICIO5 agua. 4. Observa lo sucedido y analiza los datos obtenidos de cada una de las actividades. 5. Comenta con tus compañeros de equipo las observaciones que obtuvieron y establece tu conclusión. 6. Reporta los resultados de esta actividad de acuerdo a la metodología establecida y preséntalo a tu profesor. 7. Prepara un embudo de cristal con papel filtro, coloca un poco de carbón vegetal previamente molido en el papel filtro, y filtra la mezcla de Kool Aid® y agua. 8. Observa lo sucedido y analiza los datos obtenidos de cada una de las actividades. 9. Comenta con tus compañeros de equipo las observaciones que obtuvieron y establece tu conclusión. 10. Reporta los resultados de esta actividad de acuerdo a la metodología establecida y preséntalo a tu profesor. 81 Química 2 2.2.1.1. Ósmosis ¿Te has dado cuenta que a las frutas y verduras de los supermercados, se les rocía agua? Se hace con el fin de mantenerlas rozagantes, crujientes y frescas. Esto es posible ya que las membranas celulares de la superficie son selectivamente permeables, es decir dejan pasar ciertos materiales como el agua. TAREA 3 Como verás, a esto se le conoce como ósmosis, que se define como un tipo de difusión pasiva caracterizada por el paso del agua (disolvente), a través de una membrana semipermeable desde la solución más diluida a la más concentrada, paso que continuará hasta que las dos soluciones tengan las mismas concentraciones. Página 95. Figura 1.2. En la siguiente figura se muestra esquemáticamente el fenómeno de ósmosis y el de ósmosis inversa. Fuente: Química conceptos y aplicaciones de Phillips 2.2.1.2. Disoluciones Isotónicas Cuando realizas ejercicio, llega un determinado momento en que sientes la necesidad de tomar agua. ¿A qué se debe esta respuesta de tu cuerpo? ¿Qué es lo que sucede cuando tomas agua? ¿Es mejor tomar alguna bebida que existe en el mercado para deportistas en lugar de agua? Para saber más y enriquecer el tema, visita el sitio: http://www.revista.consumer. es/web/es/20040701/ actualidad/analisis 82 Cuando se habla de disoluciones isotónicas se esta relacionando íntimamente el fenómeno de ósmosis, que ya lo aprendiste en el punto anterior, se dice que cuando las concentraciones de los fluidos a un lado y al otro de una membrana semipermeable son iguales ambas disoluciones son Isotónicas. Las soluciones isotónicas tienen una concentración de soluto igual a la del citoplasma celular, por lo que los potenciales hídricos son iguales y la célula se Sistemas Dispersos encuentra en equilibrio osmótico con el medio. Ejemplos del uso de disoluciones isotónicas: en la medicina, donde se emplean disoluciones preparadas con agua y cloruro sódico para la sangre, también se emplean para la preparación de bebidas especiales para los deportistas que eliminan mucho agua y sales minerales con el ejercicio; se pueden encontrar este tipo de bebidas en el mercado como: Gatorade, Enerplax, Red Bull y algunas mas. 2.2.2 Características de los coloides. Cuando las partículas de una mezcla homogénea tienen aproximadamente un tamaño de 10 a 10 000 veces mayor que los átomos y moléculas, se presenta un sistema coloidal, los términos disolvente y soluto cambian por fase dispersora y fase dispersa. Como complemento es importante que consideres que los sistemas coloidales, dependiendo de la naturaleza de la fase dispersora se clasifican en: soles, geles, emulsiones, aerosoles. A continuación se te presenta esta clasificación en la tabla 2.1. Fase dispersora Gaseosa Fase dispersa Nombre común Ejemplos Líquido. Aerosol líquido. Nubes, “spray”. Sólido. Aerosol sólido. Humo, polvo. Gas. Espuma. Merengue, agua jabonosa. Emulsión. Leche, mayonesa, cremas líquidas. Sol. Miel, pinturas, shampoo Gas. Espuma sólida. Malvavisco, piedra pómez. Líquido Emulsión sólida Queso, mantequilla, margarina. Sólido. Sol sólido Perlas. Líquido. Líquida Sólido. Sólida. Tabla 2.1 Tipos de sistemas coloidales. 83 Química 2 INSTRUCCIONES. Comenta con tus compañeros de equipo sus experiencias y conocimiento de los coloides de tipo cotidiano o casero y completen la tabla que se les presenta a continuación. Ejemplos EJERCICIO 6 Fase dispersante Fase dispersa Nombre común Uso o aplicación que tiene 2.2.2.1. Diálisis Seguro que habrás escuchado la palabra diálisis, porque alguna persona esta sometida a este tratamiento. Pues este un proceso de purificación de coloides, se le llama diálisis si la membrana semipermeable permite el paso selectivo de pequeño iones y moléculas con el disolvente, pero retiene las moléculas grandes y las partículas coloidales. Diálisis: el riñón artificial libera al organismo de sustancias toxicas. Este tratamiento se basa en la considerable diferencia entre el tamaño de las partículas coloidales y las moléculas de solución verdadera. Los coloides, en virtud de su preparación, normalmente van acompañados de iones y otros componentes solubles de bajo peso molecular bajo los cuales se busca eliminar hasta cierto grado. Para la purificación de las soluciones coloidales por diálisis se usan membranas semipermeables y este proceso se lleva a cabo al introducir la dispersión en un recipiente cuyo fondo o cuyas paredes son membranas semipermeables y que se sumergen en el disolvente puro, que se hace circular de manera continua. Los componentes de bajo peso molecular atraviesan la membrana y son eliminados de la dispersión. El tipo de membrana se adecua al sistema que ha de purificarse. Las usadas con mayor frecuencia son las de colodión o celofán sin tratar. La diálisis es muy común en el tratamiento purificación de sangre, cuando los riñones no pueden hacer su función. 2.2.2.2. Floculación La mantequilla y el queso son productos de la floculación de la leche que es un coloide. 84 Es otra de las características de los coloides, y es un proceso mediante el cual las moléculas al desestabilizarse entran en contacto, se unen unas con otras, cuando esto ocurre se dice que flocula o coagula. El coloide permanece así debido a un equilibrio muy fino, que no deja que las pequeñas partículas de fase dispersa se junten, esto tiene que ver con la estabilidad del sistema; es su capacidad para mantener su estado y completa homogeneidad en todo el volumen. También una repulsión de tipo eléctrico en algunos casos se sucede, y el uso de sustancias estabilizadoras llamadas surfactantes o emulsificantes es otra de las causas de floculación. Ejemplo: De la coagulación (floculación) de la leche (coloide) se obtienen la mantequilla y el queso. Sistemas Dispersos INSTRUCCIONES: Integra un equipo de cinco alumnos, realiza el siguiente experimento, anota y discute las observaciones con tus compañeros: 1. A un vaso de leche agrégale un poco de limón. Observaciones ____________________________________________________________________ EJERCICIO 7 ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 2. Pon a hervir un huevo y compáralo con un huevo crudo. Anota que diferencias encuentras: ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 2.2.2.3. Superficie de adsorción Los coloides presentan otra característica importante que son las áreas de superficie. Cuando las partículas coloidales adquieren cargas eléctricas adsorben iones sobre sus superficies, esta adsorción ocurre porque los átomos o los iones que se encuentran en la superficie de una partícula no están rodeados completamente por otros átomos o iones como lo están aquellos que se encuentran en el interior. En consecuencia, estos átomos o iones superficiales atraen y adsorben iones o moléculas polares del medio de dispersión hasta ubicarse sobre las superficies de las partículas coloidales. Esta propiedad se relaciona en forma directa con la extensa área superficial presentada por las partículas muy pequeñas. Los coloides por efecto de la coagulación debido a cargas eléctricas, se utiliza para eliminar partículas suspendidas de los gases que salen de las chimeneas industriales. Un ejemplo aplicado a los hogares son los pequeños modelos de limpiadores electrónicos de aire, eliminando efectivamente las partículas coloidales que están en el aire (polen, polvo etc.) cuando atraviesan una sección ionizante del limpiador, donde recibe una descarga eléctrica fuerte como lo muestra la figura ¿ ¿Sabías que los aparatos limpiadotes de aire de los hogares funcionan atrapando partículas coloidales?. Figura 2.2. El esquema muestra como funcionan los limpiadores electrónicos que atrapan partículas coloidale que están en el aire. 85 Química 2 2.2.2.4. Características de las Suspensiones Se forman cuando el tamaño promedio de las partículas de la mezcla es mayor que en el caso de los coloides. Las partículas en suspensión son grandes en comparación con las partículas solvatadas, La gravedad actúa rápidamente sobre las partículas en suspensión, haciendo que los componentes de la mezcla se separen. Un ejemplo de mezcla tixotrópica es la pintura, fluye fácilmente pero rápidamente pasa a un estado semisólido Un ejemplo es el Almidón de maíz en agua, al dejarlo reposar sin agitar el almidón se precipita formando un sedimento semisólido en el fondo, pero si se agita el sedimento rápidamente comienza a fluir como un líquido, a este tipo de sustancias se les conoce como tixotrópicas. Una de las aplicaciones más comunes de una mezcla tixotrópica es la pintura domestica, que fluye con facilidad cuando se le aplica, pero pasa fácilmente a un estado semisólido. 2.3. CONCENTRACIÓN DE LAS DISOLUCIONES. Concentración de las soluciones Cuando probamos el refresco conocido como Coca Cola® y lo comparamos con el refresco de competencia, Pepsi Cola®, de inmediato podemos dar nuestra opinión con respecto a sus características de sabor, es común decir; que uno es más dulce que el otro, que uno tiene mejor sabor que el otro, o que uno es mejor que el otro, etc. Claro, todo eso se refiere a cuestión de gustos, pero algo hay de razón, ya que al preparar estos productos, las empresas cuidan muy bien la composición de la mezcla, pero lo más importante son las cantidades de cada uno de los componentes. De esa forma la empresa Coca Cola® o la Pepsi Cola®, aseguran que en cualquiera de las regiones del globo terrestre en donde se deguste de estos refrescos, cada uno se distinga por tener un mismo sabor. Cotidianamente es fácil experimentar que de acuerdo a los gustos, se puede expresar las soluciones en diferentes concentraciones de sus componentes, por ejemplo, el simple hecho de preparar un delicioso y humeante café, habrá quien solicite que en una taza con agua hirviendo se coloquen una cucharada de café soluble y dos cucharadas de azúcar, pero esta concentración podrá ser muy dulce para otra persona y ella lo solicite con una cucharada de azúcar y dos de café, etc. Desde el punto de vista de las actividades del estudio de la Química, es importante que las sustancias para reaccionar estén en solución, pero para controlar la acción de dichas reacciones, es determinante establecer las cantidades de las sustancias en solución, algo parecido, sucede en la medicina, ya que las sustancias activas de los medicamentos, se deben de administrar en forma dosificada, por lo cual es de vital importancia conocer las concentraciones adecuadas de las soluciones a usar. 86 Sistemas Dispersos Es importante saber con precisión la cantidad de soluto presente en cierta cantidad de solvente o de solución a una determinada temperatura, es decir, es importante conocer su concentración. La concentración de una solución se define de la siguiente manera: “Es la cantidad de soluto disuelto en una cantidad determinada de solvente o de solución” De todo lo anterior también se denota la importancia de conocer cómo calcular y preparar soluciones en diferentes unidades de concentración. Cuando tomas un té cargado, está concentrado. Cuando lo prefieres ligero o rebajado está diluído. Desde el punto de vista cuantitativo, existen varias formas de expresar la concentración de una solución, las cuales son: porcentaje en peso, porcentaje en volumen, unidades de peso por unidades de volumen, partes por millón, molaridad y normalidad. Las primeras 5 formas de expresar la concentración de las soluciones, comúnmente se conocen como unidades físicas, mientras que las dos últimas son consideradas unidades químicas. Estas unidades se te presentan en el siguiente mapa de conceptos, en el cual se indican algunas de las ecuaciones matemáticas para resolver problemas de cálculo de estas unidades de concentración. Con ayuda de tu profesor o bien con asesoría de los docentes del área de matemáticas, realiza los despejes necesarios para calcular cantidades de soluto necesario y preparar diferentes volúmenes de soluciones a diferentes concentraciones. 87 Química 2 UNIDADES DE CONCENTRACIÓN UNIDADES FÍSICAS PORCENTAJE EN PESO PORCENTAJE EN VOLUMEN PARTES ´ POR MILLON Unidades de peso por unidades de volúmen SE DEFINE SE DEFINE SE DEFINE SE DEFINE CANTIDAD DE SOLUTO(gr.) DISUELTO POR CADA 100 g. De SOLUCIÓN. CANTIDAD DE SOLUTO (ml.) DISUELTO POR CADA 100 ml. DE SOLUCIÓN. CANTIDAD DE SOLUTO (mg.) DISUELTO POR CADA Kg. DE SOLUCIÓN. CANTIDAD DE SOLUTO (gr. o mg.) DISUELTO POR CADA LITRO O ml. DE SOLUCIÓN. SE CALCULA SE CALCULA gr. soluto x 100 % Peso = gr. solución % Vol = ml. soluto x 100 ml. solución SE CALCULA PPM = SE CALCULA mg. soluto Kg. solución REGLA DE TRES SIMPLE DONDE DONDE gr. Solución = gr. Soluto + gr. Solvente UNIDADES QUÍMICAS MOLARIDAD M= n v NORMALIDAD SE DEFINE SE DEFINE CANTIDAD DE SOLUTO (moles) DISUELTO POR CADA LITRO DE SOLUCIÓN. CANTIDAD DE SOLUTO (equivalente) DISUELTO POR CADA LITRO DE SOLUCIÓN. SE CALCULA SE CALCULA M= gr MASA MOLAR x V N= # Eq V N= gr. PEq x V Para expresar la concentración de las soluciones en unidades químicas, se utiliza la molaridad y la normalidad. Molaridad: Esta unidad de concentración, se refiere a la cantidad de soluto (en número de moles) disuelto en cada litro de solución. Esta forma de concentración se representa con la letra M, esta expresión es en unidades de moles por litro, o bien, se utiliza el término molar. Paso 1 88 Por ejemplo, “una solución 2M de H2SO4 ”, significa que en un litro de solución existen disueltas 2 moles de ácido sulfúrico, o bien, que en un litro de solución existen disueltos 196 gramos de ácido sulfúrico. También se puede expresar como “solución de H2SO4 2 M”, o “solución de H2SO4 2 moles/lt.” Sistemas Dispersos Al expresar la unidad de molaridad se indicó el término de mol, pero ¿qué es esta unidad? ¿cómo se calcula? ¿qué significa esta unidad? Para poder comprender y responder a esas preguntas es necesario que recuerdes lo que viste en la unidad 1. Cuando la masa atómica de un elemento, la masa molecular o la masa de la fórmula de un ión, se expresa en términos de gramos, contiene cada caso el número de 6.022 x 1023 y se le define como la masa molar; recuerda que lo viste en la unidad 1. Para obtener la fórmula que permite calcular la concentración de una solución en términos de moles, desarrollemos la siguiente ecuación: Molaridad = M = Paso 3 Número de moles de soluto moles = litro de solución lt. Número de moles de soluto = M= Paso 2 g. de soluto masa molar g. de soluto g. de soluto masa molar = lt. de solución (masa molar)(lt. de solución) 1 M= g. de soluto (masa molar)(lt. de solución) M= gr. masa molar x V(lt) Paso 4 Procedimiento para preparar una solución en el laboratorio: Paso 1. Se pesa el soluto. Paso 2. Se transfiere a un matraz volumétrico. Paso 3. Se agrega agua suficiente para disolver el soluto y después se añade más agua hasta obtener el volumen indicado en la marca del matraz. Paso 4. Se agita y se almacena en un recipiente tapado y etiquetado. Normalidad: Se refiere a la cantidad de soluto (en número de equivalentes) disuelto en cada litro de solución. Esta forma de concentración se representa con la letra N, esta expresión es en unidades de equivalentes por litro, o bien, se utiliza el término normal. Por ejemplo, la expresión “solución de H2SO4 2 normal”, significa que en un litro de solución existen disueltos 2 equivalentes de ácido sulfúrico, o bien, que en un litro de solución existen disueltos 98 gramos de ácido sulfúrico. También se puede expresar como “solución de H2SO4 2 N”, o “solución de H2SO4 2 equivalentes / Lt.” Concepto de equivalente o masa equivalente: Cuando se usa el término equivalente, se quiere dar una idea del efecto de la acción química de una sustancia con respecto a otra sustancia. 89 Química 2 Por ejemplo, es común que cuando nos enfermamos de una infección bacteriana, se nos administren antibióticos, digamos penicilina, pero sucede que hay quienes no aceptan o toleran la acción de la penicilina, y ante ello, se les administren antibióticos en cantidades tales que su acción sea equivalente a la penicilina. Algo similar se tiene en la acción de sustancias ácidas con sustancias básicas o alcalinas. Para una mayor comprensión del concepto de la masa equivalente, es conveniente revisar las siguientes dos reacciones ácido – base: NaCl (ac HCl (ac) + NaOH(ac) 1 mol 1 mol 36.5 g. 40.0 g. H2SO4 (ac) + 2NaOH (ac) 1 mol 98.0 g. ) Na2SO4 (ac) 2 moles 80 g. + H2O (l) + 2H2O (l) Cuando manejamos el concepto de mol, nos referimos a un mismo número de partículas (6.022 x 1023), en este caso son moléculas de HCl, NaOH o de H2SO4. en la primer reacción se observa que el efecto del HCl es de actuar sobre un mismo número de moléculas de NaOH, pero en el caso de la segunda reacción se observa que el efecto del H2SO4 es mayor al HCl, ya que para un mismo número de moléculas de ácido se requiere del doble de moléculas de NaOH, significa que para tener una acción equivalente entre el ácido HCl y el ácido H2SO4 , por cada mol de HCl, se requiere de ½ mol de H2SO4, o bien, que una mol del ácido H2SO4, equivale a dos moles de HCl. En términos de masa sería que 36.5 g. de HCl equivalen a 49 g. de H2SO4. Para efectos prácticos la masa equivalente de una sustancia se determina en primer término dependiendo del tipo de sustancia. En un ácido, la masa equivalente es igual a: masa molar dividida entre el número de hidrógenos que tenga en su fórmula química el ácido. Por ejemplo: Equiv. de HCl = masa molar de HCl / 1 = 36.5 g. de HCl. Equiv. de H2SO4 = masa molar de H2SO4 / 2 = 98 g./ 2 = 49 g de H2SO4. Equiv. de H3PO4 = masa molar de H3PO4 / 3 = 98 g./3 = 32.6 g. de H3PO4. Si es una base, su masa equivalente es igual a: masa molar de la base dividida entre el número de hidróxidos (OH) que tenga en su fórmula química la base. Por ejemplo. Equiv. de NaOH = masa molar de NaOH / 1 = 40 g. de NaOH. Equiv. de Ca(OH)2 = masa molar de Ca(OH)2 / 2 = 74 g / 2 = 37 g. de Ca(OH)2. Equiv. de Al(OH)3 = masa molar de Al(OH)3 / 3 = 78 g. /3 = 26 g. de Al(OH)3. 90 Sistemas Dispersos Para expresar la concentración de una solución, emplearemos la siguiente ecuación: Normalidad = N = número de equivalentes de soluto Equiv . = litros de solución lt . a) El número de equivalentes se calcula de la siguiente manera: número de equivalentes de soluto = b) g. de soluto masa equivalente Sustituyendo valores. g. de soluto masa equivalente g. de soluto normalidad = N = = lt. de solución (masa equivalente)(lt. de solución) 1 c) Finalmente obtenemos la fórmula para calcular la normalidad de una solución. N= g. de soluto (masa equivalente) (lt. de solución) N= gr. masa equivalente x V(lt.) 91 Química 2 92 Sistemas Dispersos Nombre______________________________________________________ TAREA 1 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Completa el listado de métodos de separación de mezclas, da un ejemplo e identifica homogéneas o heterogéneas. Método de separación Ejemplo Tipo de mezcla Cromatografía Centrifugación Filtración Destilación Evaporación Magnetismo Decantación Cristalización Sublimación 93 Química 2 94 Sistemas Dispersos Nombre______________________________________________________ TAREA 2 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Realiza una consulta bibliográfica, y apoyándote en lo que observaste al realizar el ejercicio anterior responde los siguientes cuestionamientos y coméntalos en el grupo. 1. ¿Elabora un cuadro comparativo donde se muestren las propiedades y características en cuanto al tamaño de la partícula, homogeneidad, acción de la gravedad, filtrabilidad, y ejemplos cotidianos de las disoluciones, suspensiones y coloides? 2. ¿A qué se refiere el llamado efecto Tyndall que presentan los coloides? 3. Investiga las propiedades coligativas de las disoluciones. 4. ¿Qué es el movimiento Browniano? 95 Química 2 96 Sistemas Dispersos Nombre______________________________________________________ TAREA 3 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Realiza una investigación bibliográfica y elabora un reporte sobre los fines prácticos de la ósmosis inversa. Dirigido por tu maestro, discútelas con el resto del grupo. Recuerda que debes anotar la dirección de Internet y bibliografía consultada. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 97 Química 2 98 Sistemas Dispersos Nombre______________________________________________________ AUTOEVALUACIÓN No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Lee cuidadosamente y responde los siguientes cuestionamientos, rellenando el círculo de la opción correcta. 1. La bebida que conocemos como agua de cebada, tiene las características físicas de:     Solución. Emulsión. Suspensión. Aerosol. 2. La crema líquida que usamos para humectar la piel después del baño, tiene las características físicas de:     Suspensión. Solución. Sol. Emulsión. 3. La bebida que conocemos como Kool Aid®, tiene las características físicas de:     Solución. Suspensión. Coloide. Emulsión. 4. Su principal característica es que los componentes están íntimamente mezclados a nivel de átomos, moléculas o iones, por lo que se trata de:     Suspensión. Emulsión. Solución. Aerosol. 5. Son componentes que entre ellos forman una solución.     Aceite en agua. Arena fina en agua. Sal en agua. Harina en agua. 99 Química 2 6. Esta actividad nos indica que se trata de una solución.     La filtración no separa los componentes, pero la evaporación sí. La mezcla se observa con cierta turbiedad u opacidad. Al filtrarse la mezcla, se separó uno de sus componentes. Uno de los componentes de la mezcla se deposita en el fondo del recipiente. 7. Al momento de mezclar dos sustancias, una se disuelve en la otra, y podemos decir que la disolución fue por solvatación debido a que:     El soluto tiene naturaleza de tipo no polar. El soluto tiene naturaleza iónica y el solvente es polar. El solvente es de tipo no polar y el soluto es polar. El solvente es de tipo no polar y el soluto es no polar. 8. La solvatación se realiza debido a que:     F:A-A = F:B-B F:B-A = F:B-B. F:B-A < F:AF:B-A > F:A-A 9. Al disminuir la temperatura, la solubilidad del azúcar de mesa disminuye. Esto se debe a que baja:     La superficie de interacción molecular. Las fuerzas de interacción molecular. La energía de interacción molecular. La naturaleza polar de las moléculas. 10. Los peces respiran el oxígeno disuelto en el agua, por ello tendrán más dificultad para respirar en:     Aguas heladas del ártico. Aguas profundas y de mayor presión. Aguas templadas del golfo. Aguas termales. 11. La solubilidad del NaCl es de 36g./100 ml. de agua a 20o, por lo que para tener 200 ml. de solución saturada de NaCl, ¿cuántos gramos de sal se requiere disolver?     100 36 g. 72 g. 102 g. 144 g. Sistemas Dispersos 12. Si prepararas una solución de azúcar (solubilidad 204 g./100 ml. a 20ºC.) disolviendo 110 g. de azúcar en 50 ml. de agua. La solución que se forma quedará:     Concentrada. Insaturada. Saturada. Sobresaturada. 13. ¿En cuál de las siguientes soluciones se deberá de medir la mayor presión de vapor?     150 g de urea NH2CONH2 en 1 kg. de agua. 100 g. de glucosa C6H12O6 en 1 kg. de agua. 80 g. de sal de cocina NaCl en 1 kg. de agua. 50 g. de azúcar de mesa en 1 kg. de agua. 14. El punto de ebullición normal del alcohol etílico es de 78.4o, por lo que al agregarle un soluto para formar una solución, el punto de ebullición, posiblemente será:     82 o 78.4 o 74 o 68 o 15. Una solución acuosa que congela a –10o, deberá de tener un punto de ebullición normal de:     90 o 98 o 100 o 105 o 16. La expresión de una solución de HCl al 15% en peso, significa que 15 g. de HCl están disueltos en 100 g. de solución, por lo que también es correcto expresar:     20 g. de HCl en 200 g. de solución. 7.5 g de HCl en 50 g. de solución. 18 g. de HCl en 150 g. de solución. 26 g. de HCl en 210 g. de solución. 17. La expresión de que en el aire existen 120 PPM del gas CO (óxido de carbono), significa que:     120 g. de CO en 1 Kg. de aire. 0.120 g de CO en 1 Lt. de aire. 120 mg. de CO en 1 Lt. de aire. 120 mg. de CO en 1 Kg. de aire. 101 Química 2 18. La expresión de que 500 ml. de una solución de H2SO4 2 Molar, significa que la cantidad de H2SO4 disuelta es de:     1 mol. 2 moles. 100 g. 1.99 X 1023 moléculas. 19. Un mol de H3PO4 tiene un efecto de acción igual a:     Un equivalente. Dos equivalentes. Tres equivalentes. Cuatro equivalentes. 20. Una solución de H2SO4 3 M. Es equivalente a una solución de H2SO4.     3N. 4N. 5N. 6N. ESCALA DE MEDICIÓN DEL APRENDIZAJE 102 ¾ Si todas tus respuestas fueron correctas: excelente, por lo que te invitamos a continuar con esa dedicación. ¾ Si tienes de 13 a 19 aciertos, tu aprendizaje es bueno, pero es necesario que nuevamente repases los temas. ¾ Si contestaste correctamente 12 ó menos reactivos, tu aprendizaje es insuficiente, por lo que te recomendamos solicitar asesoría a tu profesor. Consulta las claves de respuestas en la página 259. Sistemas Dispersos EJERCICIO DE REFORZAMIENTO 1 Nombre______________________________________________________ No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Realiza lo siguiente: 1. En tu casa, en tres frascos de gerber, por separado, coloca respectivamente una misma cantidad de agua, thiner y alcohol etílico. 2. Coloca los frascos destapados en un lugar ventilado y déjalos en reposo durante tres o cuatro horas. Toma tu tiempo y al final anota tus observaciones. 3. Con base a las observaciones establece conclusiones. 103 Química 2 104 Sistemas Dispersos EJERCICIO DE REFORZAMIENTO 2 Nombre______________________________________________________ No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: En equipo de cinco personas realiza en el laboratorio los siguientes puntos que se enlistan: 1. Cada integrante del equipo deberá de llevar al laboratorio una de las siguientes sustancias: Leche, jugo de limón, jugo de naranja, refresco, solución de café, ½ kg. de sal en grano y agua potable. 2. En un termo o hielera térmica, transporten hielo previamente molido. 3. En una cuba hidroneumática, coloca una capa delgada de hielo y cúbrelo con sal de grano. 4. En tubos de ensayo de 13 x 100 coloca las otras sustancias mencionadas anteriormente. 5. Coloca los tubos de ensayo en el hielo y rodea los tubos con varias capas de hielo molido cubriendo cada capa de hielo con la sal en grano. 6. Con un termómetro mide la temperatura de congelación del hielo con sal y compárala con la temperatura de congelación del hielo sin sal. 7. Deja los tubos de ensayo durante 20 minutos en el hielo y después de ello observa el contenido de estos tubos. 8. Observa, analiza los datos obtenidos y establece una conclusión. 9. En otra etapa de esta actividad experimental, prepara una solución con agua y sal, o bien prepara una solución con anticongelante para automóvil. 105 Química 2 10. Colócala en un vaso de precipitado y calienta hasta alcanzar el punto de ebullición. 11. Mide la temperatura de ebullición y compárala con la temperatura de ebullición del agua. 12. Observa, analiza los datos obtenidos y establece una conclusión. 13. Tus conclusiones y experiencias obtenidas en esta actividad te deben de servir para contestar las preguntas que se te indican. 14. Reporta tus resultados de acuerdo a la metodología establecida y preséntalo a tu profesor. 106 Unidad 3 Compuestos del carbono Objetivos: El alumno: • Valorará la importancia de los compuestos del carbono relacionando las estructuras de éstos con sus propiedades, identificando los grupos funcionales existentes en los compuestos, evaluando sus implicaciones en el desarrollo tecnológico de la sociedad con una postura crítica y responsable. ¿Sabías que la Industria del Petróleo y los innumerables productos de polímeros indispensables en nuestra vida, son dos de las muchas industrias que dependen de la Química del Carbono? Las fibras sintéticas (para vestidos y tapetes) y los plásticos (recipientes, discos compactos, terminales de computadoras, plumas, etc.) se fabrican con compuestos de carbono? Temario: • Estructura molecular de los compuestos del carbono. • Tipos de cadena e isomería. • Hidrocarburos. • Grupos funcionales. Química 2 Evaluación diagnóstica de conocimientos previos Antes de iniciar esta unidad, en la que vamos a abordar contenidos de los compuestos del carbono, elabora un mapa conceptual con los siguientes conceptos y muéstralo a tu profesor cuando él te lo solicite: Átomo de carbono, 1s2, 2s2, 2p2, núcleo atómico, configuración puntual, configuración algebraica, ... C. , 12C 6 3.1. ESTRUCTURA MOLECULAR DE LOS COMPUESTOS DEL CARBONO. ¿Qué es lo que posee el átomo de carbono que lo hace ser tan importante? ¿Por qué razón existen millones y millones de compuestos que contienen carbono? ¿Cuál es la importancia que tiene el carbono en la vida cotidiana? Pues verás, de todos los elementos de la Tabla Periódica, sólo uno tiene las propiedades que pueden conducir a la formación de millones de compuestos, entre los cuales algunos constituyen a los sistemas vivientes. Este, por supuesto, es el Carbono. El Carbono como elemento libre tiene muchos usos, que incluyen desde las aplicaciones ornamentales del diamante en joyería, hasta el pigmento de negro de humo en llantas de automóviles y tintas de imprenta. FORMAS DE VIDA BASADAS EN EL CARBONO. Las plantas y los animales están constituídos por moléculas orgánicas complejas, el carbono es el elemento principal de tales moléculas. TAREA 1 Página 165. 108 Otra forma del Carbono, el grafito, se utiliza para crisoles de alta temperatura, electrodos de celda seca y de arco de luz, como puntillas de lápiz y como lubricante. El carbón vegetal una forma amorfa del carbono, se utiliza como absorbente de gases y agente decolorante. Los Compuestos del carbono tienen muchos usos. El dióxido de Carbono (CO2 ) se usa en la carbonatación de bebidas, en extinguidores de fuego y, en estado sólido como enfriador (hielo seco). El monóxido de carbono (CO), se utiliza como agente reductor en muchos procesos metalúrgicos. El tetracloruro de carbono (CCI4 ) y el disulfuro de Carbono (CS2 ) son disolventes industriales importantes. El carburo de calcio (Ca C 2 ) se emplea para preparar acetileno, es útil para soldar y cortar metales. Compuestos del Carbono 3.1.1. Configuración electrónica del Carbono e Hibridación (sp, sp2, sp3) INSTRUCCIONES: En tu cuaderno resuelve las siguientes preguntas: ¾ Desarrolla la configuración electrónica de los siguientes átomos: Al, C, Na y EJERCICIO 1 Xe. ¾ ¿Cómo se representan los orbitales atómicos S y P? ¾ ¿Qué indica el estado basal y excitado de un átomo? ¾ Representa la configuración puntual de Lewis para los átomos anteriores. ¾ Según el concepto de Lewis y el del Orbital molecular ¿Cómo se lleva a cabo la formación del enlace Covalente? Como ya se mencionó anteriormente, los compuestos del Carbono, presentan ciertas características, las cuáles resultan de su configuración electrónica . ¿Cuál es la configuración electrónica del Carbono? Veamos lo siguiente: El Carbono se encuentra situado en el Período 2 de la Tabla Periódica, su número atómico es 6; por lo que sus 6 electrones están distribuidos en dos niveles de energía. Siguiendo la regla de diagonales, quedan de la siguiente manera: Átomo 6C 6C Configuración electrónica en estado basal 1S2 2S2 2P2 2 2 1S 2S 2p1x 2p1y 2p0z •• Por lo tanto, la configuración puntual del carbono es: C • • Lo anterior sugiere que el compuesto más simple formado por carbono e hidrógeno es el CH2 , sin embargo, este compuesto no existe en la naturaleza. • H •• •• + • H C • C • •• H :H Estructura del metano. CH 2 no existe En la naturaleza la molécula más sencilla que existe del Carbono es CH4 llamada molécula de metano, en la cual se observa que el carbono forma 4 enlaces idénticos con 4 átomos de hidrógeno. 109 Química 2 ¿Cómo se puede explicar la formación de éstos 4 enlaces del carbono? Basándonos en la teoría electrónica, se supone que los electrones del Carbono se modificarán de la siguiente manera: Salta 1e6C IS2 2S2 2p1x 2p1y Estado Basal 2p0z Uno de los electrones del orbital 2s se traslada al orbital desocupado 2pz0, adquiriendo la siguiente configuración: C 6 IS2 2S1 2P1x 2P1y 2P1z A esta configuración se le llama configuración electrónica en estado excitado. De acuerdo con esta nueva configuración, el átomo de carbono tendría cuatro orbitales atómicos incompletos, por lo que podría enlazarse con 4 átomos de hidrógeno. Pero el problema es que no se formarían 4 enlaces idénticos y en la molécula de CH4 se observan los 4 enlaces iguales con los 4 átomos de hidrógeno. ¿Qué le tiene que suceder al carbono para que sus 4 orbitales y sus enlaces sean iguales? El hecho de que el átomo de carbono forme esos 4 enlaces idénticos, se puede explicar con el concepto de hibridación, la cual se define como: La combinación de orbitales atómicos incompletos, para formar nuevos orbitales con diferentes formas y orientaciones. En el átomo de carbono se presentan tres tipos de hibridaciones, como se puede observar en el siguiente mapa conceptual. 110 Compuestos del Carbono Tipos de Hibridaciones Hibridación sp Hibridación sp2 Hibridación sp3 Se define como la combinación de un orbital s y un p, para formar 2 orbitales híbridos, con orientación lineal. Se define como la combinación de un orbital s y dos p, para formar tres orbitales híbridos con orientación trigonal. Se define como la combinación de un orbital s y tres p, para formar cuatro orbitales híbridos con orientación tetraédrica Con un ángulo de separación entre los dos orbitales híbridos de 180o. Con un ángulo de separación entre los 3 orbitales híbridos de 120o. Con un ángulo de separación entre los cuatro orbitales híbridos de 109.5o Representación electrónica del Carbono con hibridación sp: Representación electrónica del C con hibridación sp2: Representación electrónica del Carbono con hibridación sp3: Is2 2sp1 Is2 2sp12 Is 2sp1 2p1y 2p1z 2sp12 2sp12 2p1z 2sp13 2sp13 2ps13 2sp13 Orbitales híbridos Carbono con hibridación sp puede formar enlaces covalentes triples como en los alquinos: –C Carbono con hibridación sp2 puede formar enlaces covalentes dobles como en los alquenos: –C = I Carbono con hibridación sp3, puede formar enlaces covalentes sencillos o simples como en los alcanos I –C– I 111 Química 2 3.1.2. Geometría Molecular (tetraédrica, trigonal plana y lineal) La molécula es una colección de átomos unidos entre sí por pares de electrones compartidos, que provienen de los orbitales atómicos localizados dentro de la capa de valencia de cada átomo, recuerda que la capa de valencia es el máximo nivel de energía al que se llega en una configuración electrónica. Esto permitió predecir la geometría molecular del Carbono, de la siguiente manera: Geometría molecular del carbono Tetraédrica Como ejemplo Molécula de metano (CH4), la disposición de los pares de electrones adoptan una geometría tetraédrica alrededor del C el ángulo H-CH es de 109.5 Como se muestra en la sig. figura 112 Trigonal Plana y lineal Como ejemplo Como ejemplo La molécula de etileno (C2 H4) o eteno con 12 electrones en una estructura de octetos, donde cada C se une trigonalmente en un plano a 2 hidrógenos, con el ángulo HCH de 120o La molécula de acetileno o etino (C2 H2 ) con 10 electrones, donde los dos carbonos se unen linealmente formando un ángulo de 180o Como se muestra en la sig. figura Como se muestra en la sig. figura Compuestos del Carbono 3.2. TIPOS DE CADENA E ISOMERÍA. Como ya se mencionó anteriormente, debido al fenómeno de hibridación que sufre el átomo de carbono, una de las características que tiene éste, es su capacidad de combinarse entre sí formando largas cadenas. Se conocen miles de cadenas de átomos de carbono, las cuales adquieren diferentes arreglos tridimensionales en el espacio y, dependiendo de éstos, presentarán diferentes propiedades físicas y químicas. Ver figura 1. Metano Butano Isobutano Fig. 1. Muestra la estructura que adquieren en el espacio el metano, butano y el isobutano respectivamente. 3.2.1. Tipos de Cadena Las cadenas de los compuestos del carbono pueden ser abiertas y cerradas. Las cadenas abiertas a su vez pueden ser lineales y ramificadas. Son cadenas lineales aquellas donde los átomos de Carbono se unen en forma continua, como se muestra en la figura 2. CH3 – CH2 –CH2 –CH2 –CH3 Figura 2. Representa una cadena lineal Las cadenas ramificadas se forman cuando un Carbono o grupo de átomos de Carbono se unen a un Carbono no terminal de la cadena principal, Ver figura 3. CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH3 CH3 Figura 3. Representa una cadena ramificada. 113 Química 2 ¿Y una cadena cerrada, como se formará? Debido a que el enlace C – C presenta movimiento rotacional, los carbonos de los extremos de una cadena abierta, quedan cerca uno del otro, formando un enlace entre ellos, cerrando la cadena, ver figura 4. CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 CH2 CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 CH3 CH2 cadena abierta CH2 CH2 cadena cerrada Figura 4. Representa la formación de una cadena cerrada. 3.2.2. Isomería INSTRUCCIONES: Individual o equipo de 4 integrantes. Observa las siguientes estructuras y enlista las semejanzas y diferencias. 1) CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 EJERCICIO 2 2) CH3 – CH – CH2 – CH3 CH3 CH3 3) CH3 – C – CH3 CH3 Semejanzas ___________________________ Diferencias ___________________________ ___________________________ ___________________________ ___________________________ ___________________________ ___________________________ ___________________________ Si se observaron algunas semejanzas, es porque las estructuras representan compuestos de una misma familia. La diferencia más marcada es el acomodo distinto del mismo número de Carbonos e hidrógenos. Éste es el significado de isomería. La isomería nos indica la presencia de moléculas con la misma cantidad de átomos, esto es, con la misma fórmula molecular, pero con una diferente organización de los mismos a lo largo de la cadena. 114 Compuestos del Carbono Los isómeros difieren entre sí en sus propiedades tanto físicas como químicas. Existen varios tipos de Isómeros entre ellos tenemos los siguientes: 3.2.2.1. De cadena Este tipo de isomería se presenta casi exclusivamente en los hidrocarburos y se refiere a la colocación de los carbonos a lo largo de la Cadena. Ejemplo: CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 CH3 – CH - CH – CH3 C6H14 Hexano (punto de ebullición=69oC) Fórmula molecular CH3 CH3 2,3-Dimetil butano (punto de ebullición =50oC) 3.2.2.2. De posición Este tipo de isomería se refiere a la colocación que presentan los substituyentes en la cadena de carbonos. Ejemplo: CH3 – CH2 – CH2 – CH2 Cl 1-Cloro butano (punto de ebullición=77oC) CH3 – CH2 – CH - CH3 C4H9Cl Fórmula molecular Cl 2-Cloro butano (punto de ebullición=68oC) 115 Química 2 3.2.2.3. De función La isomería de función (o funcional) se refiere a las propiedades resultantes de las moléculas que, perteneciendo a diferente función química, conservan su misma fórmula molecular. Ejemplo: CH3 – CH2 – OH Familia: Alcohol Nombre: Etanol (punto de ebullición=78oC) CH3 – O – CH3 C2 H6 O Fórmula Molecular Éter Éter Dimetílico (punto de Ebullición=24oC) INSTRUCCIONES: Elabora un mapa conceptual relacionado con el concepto de isomería y que muestre los distintos tipos de isómeros vistos. Además, de los siguientes pares de compuestos, deduce qué tipo de isómeros son: Tipo de Isómero EJERCICIO 3 a) CH3-CH2-COOH y CH3-COO-CH3 (C 3H 6O2 ) b) CH3-CH2-CH2-OH y CH3-O-CH2-CH3 (C3 H8 O) c) CH3-CH=CH-CH2-CH3 y CH2=CH-CH2CH2CH3 (C5 H10 ) TAREA 2 Página 167. 116 _______________ _______________ _______________ d) CH3-CH2- CH=O y CH3- C -CH3 (C3 H8 O) ‖ O _______________ e) CH3- CH – CH3 y CH3-CH2-CH2-CH3 (C 4 H10 ) I CH3 _______________ Compuestos del Carbono 3.3. HIDROCARBUROS. ¿Alguna vez has visto un espectro de colores en la superficie de un charco de agua sucia? ¿A qué se deberá que aparezcan esos colores brillantes? Pues verás, éstos colores se forman como resultado de la contaminación causada por pequeñas cantidades de gasolina o aceite que gotean de los automóviles y forman una pequeña mancha de aceite sobre la superficie del charco. La gasolina es una mezcla de compuestos orgánicos derivados del petróleo. La mayoria de los compuestos de la gasolina son hidrocarburos. Estos tienen propiedades diferentes a las del agua. Son insolubles en agua, razón por la cuál forman una capa que no se mezcla con el agua. Los hidrocarburos son menos densos que el agua, por lo que la capa flota en la superficie del charco. Charco de agua con hidrocarburos (aceite). ¿Qué hace que aparezcan los colores? El aceite forma una capa muy delgada de moléculas de hidrocarburo en el agua, que refleja la luz del sol. Entonces te preguntarás: ¿Qué son los hidrocarburos? Los hidrocarburos son compuestos orgánicos formados totalmente de átomos de carbono e hidrógeno enlazados entre sí por uniones covalentes. Los hidrocarburos se clasifican de acuerdo con la estructura o arreglo de los átomos de carbono en las moléculas; como se observa en el siguiente mapa conceptual: Hidrocarburos Se clasifican en Insaturados Saturados Pueden ser Reciben el nombre de Alcanos Alquenos Alquinos Aromáticos 117 Química 2 Los hidrocarburos saturados tienen solamente enlaces sencillos entre los átomos de Carbono. Estos hidrocarburos se clasifican como alcanos. Los hidrocarburos insaturados contienen un enlace doble o triple entre dos átomos de carbono, e incluyen alquenos, alquinos y compuestos aromáticos. Los combustibles fósiles (gas natural, petróleo y hulla) son la fuente más importante de hidrocarburos. El gas natural es principalmente Metano con una cantidad pequeña de etano, propano y butano. El petróleo es una mezcla de hidrocarburos de la cual se separan la gasolina, el queroseno, el petróleo combustible, la parafina y el petrolato. 3.3.1. Alcanos y... ¿Qué son los alcanos? Los alcanos, conocidos también como parafinas o hidrocarburos saturados, son hidrocarburos de cadena lineal o ramificada unidos sólo mediante enlaces covalentes simples entre los átomos de carbono. La gasolina es una mezcla de hidrocarburos. El metano, CH 4 , es el primer miembro de la serie de los alcanos. En el siguiente mapa conceptual, se observa las características y la nomenclatura de los alcanos. 118 Compuestos del Carbono ALCANOS son Compuestos formados por C e H, de cadena abierta que están unidos entre sí por enlaces sencillos ( C – C ) Tienen las siguientes características Se nombran de acuerdo con las reglas de la UIQPA Fórmula molecular general: C n H2 n + 2 , siendo n el número de Carbonos Por ejemplo Donde Metano Los cuatro primeros tienen nombres especiales Fórmula desarrollada Formula molecular H H C H H CH4 Utilizan Los prefijos, met, et, prop, but, seguidos del sufijo “ano” Los demás se nombran mediante Los prefijos griegos que indican el número de átomos de carbono y la terminación ano Ejemplos Fórmula CH4 CH3 – CH3 CH3 – CH2 – CH3 CH3 – CH2 – CH2 – CH3 CH3 – (CH2)3 – CH3 CH3 – (CH2)4 – CH3 CH3 – (CH2)5 – CH3 CH3 – (CH2)6 – CH3 Nombre Metano Etano Propano Butano Pentano Hexano Heptano Octano Los nombres de los alcanos dependerán del tipo de cadena que se forme, ya sea lineal o ramificada. Anteriormente, los químicos denominaban a los compuestos haciendo referencia a su origen. Esto dio lugar a una nomenclatura común, que en muchos casos aún se emplea; sin embargo, a medida que fue aumentando el número de compuestos orgánicos, fue necesario establecer un nuevo sistema de nomenclatura, la cual indica la estructura del compuesto, empleándose para esto las reglas establecidas por la UIQPA (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada). 119 Química 2 Otros nombres de la serie de los Alcanos son los siguientes: No. de carbonos TAREA 3 Página 169. Nombre No. de carbonos Nombre 9 Nonano 30 Triacontano 10 11 Decano Undecano 31 32 Hentriacontano Dotriacontano 12 13 Dodecano Tridecano 40 41 Tetracontano Hentetracontano 14 Tetradecano 50 Pentacontano 15 16 Pentadecano Hexadecano 60 70 Hexacontano Heptacontano 17 Heptadecano 80 Octacontano 18 19 Octadecano Nonadecano 90 100 Nonacontano Hectano 20 Eicosano 200 Dihectaco 21 22 Heneicosano Docosano 300 579 Trihectano Nonaheptaconta- INSTRUCCIONES: Contesta las preguntas que se indican, tomando en cuenta las fórmulas moleculares elistadas. ¿Cuál de ellas corresponde a un alcano? EJERCICIO 4 1) C4 H8 2) C5 H12 3) C7 H14 4) C9 H18 5) C10 H22 ¿Y los alcanos ramificados como se nombran? Para poder comprender la nomenclatura de estos alcanos, es necesario conocer el concepto de radical o grupo alquilo. ¿Qué es un grupo alquilo? ¿Cómo se forma? 120 Compuestos del Carbono De los alcanos se derivan los radicales Alquilo, que son agrupaciones de átomos procedentes de la eliminación de un átomo de H de un alcano. Su nomenclatura se da, cambiando la terminación ano por il o ilo, cuando forme parte de un hidrocarburo. Observa los ejemplos que aparecen en la siguiente tabla: Alcano Grupo Alquilo Nombre UIQPA Nombre Común CH4 Metano CH3-CH3 Etano CH3-CH2-CH3 Propano CH3 Metil Metilo CH3- CH2 Etil Etilo CH3-CH2-CH2 CH3-CH-CH3 Propil Isopropil Propilo Isopropilo CH3-(CH2)2-CH3 Butano CH3-CH2-CH2-CH2 CH3-CH-CH2-CH3 Butil Secbutil Butilo Secbutilo CH3-CH-CH2 Isobutil Isobutilo Terbutil Terbutilo CH3 CH3 CH3 - CH-CH3 Tabla1: Muestra los nombres y estructuras de los principales grupos alquilo. Los guiones que se presentan en negritas del grupo alquilo representan un electrón capaz de ser compartido para formar un enlace. Nomenclatura para alcanos ramificados: ¾ Para nombrar a los alcanos ramificados, se selecciona la cadena más larga. Si hay dos o más cadenas con igual número de carbonos, se escoge la que tenga mayor número de ramificaciones. Ésta será la cadena principal. La cadena lineal no siempre será la más larga. Ejemplo: CH3- CH-CH2-CH2CH3 Cadena más larga CH2-CH 3 ¾ Se numeran los átomos de carbono de la cadena principal, comenzando por el extremo que tenga más cerca alguna ramificación, ejemplo: 3 4 5 6 CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH3 CH2 CH3 2 1 No. Numeración de la cadena 121 Química 2 ¾ Las ramificaciones se nombran indicando la posición y el nombre de los radicales y al final el nombre del alcano base, de acuerdo al número de carbonos de la cadena principal, como se muestra en el siguiente ejemplo: 3 4 6 5 CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH3 CH2 – CH3 2 1 Nombre: 3-Metil-hexano ¾ ¾ Los números se separan de los nombres a través de guiones y lo números entre sí mediante comas. Si existe más de un grupo alquilo igual en la cadena de carbonos, para nombrarlos se anteponen los prefijos di, tri, tetra, etc. según sea el caso. En el siguiente ejemplo el nombre será: 1 2 3 4 5 CH3 – CH – CH – CH2 – CH3 CH3 CH3 Nombre: 2, 3- Dimetil-pentano ¾ Si existen dos grupos alquilo iguales en el mismo carbono, se nombran repitiendo el número de carbono al cual se encuentran unidos, por ejemplo: CH3 1 2 3 4 CH3 – C – CH2 – CH3 Nombre: 2, 2 – Dimetil – butano CH3 ¾ Si en la cadena existen grupos alquilo diferentes, estos se nombran en orden de menor a mayor complejidad, como se muestra en el siguiente ejemplo: 1 2 3 4 5 6 CH3 – CH2 – CH – CH – CH2 – CH3 CH3 CH2 CH3 Nombre: 3-Metil-4-etil-hexano 122 Compuestos del Carbono INSTRUCCIONES: Realiza el siguiente ejercicio, aplicando las reglas de nomenclatura anteriores y compáralo con el de tus compañeros. CH3 I a) CH3 – CH – CH – CH – CH3 I CH2 I CH3 CH3 I b) CH3 – CH – CH – C – CH3 I I I CH3 CH3 CH2 – CH2 – CH3 CH3 CH3 I I c) CH3 – C – CH – CH2 – C – CH3 I I I CH3 CH2 CH3 I CH3 CH2 – CH3 I d) CH3 – C – CH2 – CH2 – CH3 I CH2 – CH3 _______________ EJERCICIO 5 _______________ _______________ _______________ TAREA 4 Página 171. INSTRUCCIONES: En equipo realiza lo que a continuación se te indica. • • • • Asesorado por tu maestro, elaboren cinco estructuras de alcanos en una hoja de tu cuaderno. Utilicen únicamente los grupos alquilo que se hayan EJERCICIO 6 visto en clase. Intercamben su hoja con la de otro equipo, para que éste indique nombres de las estructuras que propones. Una vez indicados los nombres, regresen la hoja al mismo equipo que te la entregó para su revisión. Finalmente presenten los resultados al maestro para ser considerados en la evaluación. *Recuerden que la nomenclatura de los alcanos es la base para las demás familias de compuestos orgánicos, por lo tanto, es importante que domines estas reglas. 123 Química 2 ¿Por qué crees que el gas butano es utilizado como gas de cocina y el pentano no se puede utilizar para tal fin? ¿Por qué si la gasolina es líquida y la parafina es sólida pertenecen a la misma familia de alcanos? Para poder responder a las preguntas anteriores lee lo siguiente: Propiedades físicas de los Alcanos. En la tabla 2. se presentan algunas propiedades físicas de los alcanos, analízala y realiza tus deducciones. Metano Fórmula Molecular CH1 Estado Físico Gas Temperatura o C Fusión -182.5 Temperatura o C Ebullición -161.6 Etano C2H6 Gas -183.3 -88.6 - Propano C3H8 Gas -187.1 -42.1 - Butano C4H10 Gas -138.3 -0.5 - Pentano C5H12 Líquido -129.8 36.1 0.63 Hexano C6H14 Líquido -95.3 68.7 0.66 Heptano C7H16 Líquido -90.6 98.5 0.68 Octano C8H18 Líquido -56.8 125.7 0.70 Nonano C9H20 Líquido -53.6 150.8 0.72 Decano C10H22 Líquido -29.7 174.0 0.73 Hexadecano C16H34 Sólido -18.0 287.1 0.777 Eicosano C20H42 Sólido -36.4 309.7 0.788 Triacontano C30H62 Sólido -66.0 446.4 0.78 Nombre Densidad - Tabla 2: Propiedades físicas de los alcanos. Los alcanos pueden existir en los tres estados de agregación: gaseoso, sólido y líquido, esto depende del número de átomos de carbono en la cadena hidrocarbonada. Los cuatro primeros alcanos son gaseosos, del 5 al 16 son líquidos y del 17 en adelante son sólidos. De la misma manera, al aumentar el tamaño de la molécula se incrementa el punto de fusión, ebullición, así como la densidad. En la tabla 1 se muestran estas propiedades: ¿Qué utilidad tendrán los Alcanos en la vida diaria? Aplicaciones de los Alcanos 124 Compuestos del Carbono En las refinerías de petróleo, a través de la destilación fraccionada, el petróleo crudo se separa en varias fracciones de acuerdo con los puntos de ebullición. En la tabla 3 se mencionan algunas de las fracciones del petróleo y sus aplicaciones. Fracción Número Aproximado de Carbonos Intervalo aproximado de Ebullción (oC) Usos principales Gases (Gas Natural) 1–5 0 - 80 Calefacción, combustible casero. Éteres de Petróleo 5–7 30 – 110 Disolventes Gasolina 6 – 12 30 – 200 Combustible automotriz. Queroseno 12 – 15 175 – 275 Combustible para aviones, calefacción casera, estufas y lámparas. Gasóleo 15 – 18 250 – 400 Petróleo para calentamiento, diesel. Parafina 20 – 30 Fabricación de velas, vaselina. 30 Impermeabilizantes y pavimentación de carreteras. Asfalto REFINERIA DE PETRÓLEO. El petróleo se separa en varias fracciones en grandes refinerías. TAREA 5 Tabla 3. Usos o aplicaciones de las fracciones del petróleo. Página 173. 125 Química 2 3.3.2. Alquenos ALQUENOS son Compuestos formados por C e H, de cadena abierta que están unidos entre sí por enlaces dobles ( C = C ) Tienen las siguientes características Se nombran cambiando la terminación ano del alcano por la terminación eno Fórmula molecular general: C n H2 n , siendo n el número de Carbonos Por ejemplo Donde Eteno Fórmula desarrollada H-C=C–H H y Los tres primeros tienen nombres especiales Formula molecular H C2H4 Los demás se nombran mediante Los prefijos griegos que indican el número de átomos de carbono y la terminación eno Utilizan Los prefijos et, prop, but, seguidos del sufijo “eno” Ejemplos Fórmula CH2=CH2 CH3-CH=CH2 CH3-CH2-CH=CH2 CH3-CH2-CH2-CH=CH2 CH3-CH2-CH2-CH2-CH=CH2 CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH=CH2 CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH=CH2 126 Nombre Eteno Propeno Buteno Penteno Hexeno Hepteno Octeno Compuestos del Carbono INSTRUCCIONES: Indica cuál de las siguientes fórmulas moleculares corresponde a un alqueno: a) C6 H12 EJERCICIO 7 b) C6 H14 c) C7 H16 d) C2 H4 e) C3 H8 f) C2 H2 Reglas para nombrar a los Alquenos. ¾ ¾ Para nombrar a los alquenos, se siguen las mismas reglas de nomenclatura de los alcanos, con ciertas modificaciones. Se toma como base el nombre de los alcanos lineales, cambiándose la terminación ano por eno, por ejemplo: Propano – Propeno Pentano - Penteno ¾ Para nombrar alquenos lineales, se selecciona la cadena más larga de átomos de carbono que contenga al doble enlace (doble ligadura) y se enumera por el extremo más próximo al doble enlace, ejemplo: 4 3 1 5 2 CH3 – CH2 – CH2 – CH = CH2 *No siempre la cadena recta será la más larga. ¾ La posición del doble enlace se indica con el número menor del átomo de carbono que forme el doble enlace. Este número se coloca antes del nombre base, seguido de un guión, cambiando la terminación ano del alcano por eno. Ejemplos: 3 4 5 1 2 CH3 – CH2 – CH2 – CH = CH2 Nombre: 1-Penteno 1 2 3 4 CH3 – CH = CH – CH3 Nombre: 2-Buteno Si hay dos o más dobles enlaces, se anteponen a la terminación “eno” los prefijos “di” , “tri”, etc., precedidas por los números que indican la posición de esos dobles enlaces. Ejemplos: 4 2 3 5 1 CH2 = CH – CH = CH – CH3 Nombre: 1, 3 - Pentadieno 127 Química 2 5 2 3 4 1 CH3 = CH = CH – CH = CH2 Nombre: 1,2, 4 -Pentatrieno Si existen ramificaciones y dobles enlaces en la cadena ¿Por cuál extremo se enumera? ¾ Es importante que comprendas que el grupo funcional es el doble enlace y por lo tanto se le da preferencia al enumerarlo en la cadena, independientemente de la posición de las ramificaciones o grupos alquilo. Ejemplo: CH3 – CH = CH – CH – CH – CH3 CH3 CH3 Nombre: 4,5-Dimetil-2-hexeno Como se observa, al establecer el nombre del compuesto se indica primero la posición y nombre de los grupos alquilo como se hace en alcanos, después la posición de él o los dobles enlaces y, finalmente, el nombre del compuesto. INSTRUCCIONES: De forma individual sigue las reglas de nomenclatura de la UIQPA, escribe los nombres de los siguientes alquenos y después compáralos con los de tus compañeros. EJERCICIO 8 CH3 I a) CH3 – C = C – CH2 – CH3 I CH2 I CH3 CH3 I b) CH3 – CH = CH – C – CH – CH3 I I CH3 CH3 c) CH3 – C = C – CH2 – CH3 I I CH3 CH2 – CH2 – CH2 – CH3 CH3 CH3 I I d) CH 2 = CH – C – CH 2 – C – CH 3 I I CH3 CH3 e) CH3 – CH = CH – CH – CH2 – CH2 – CH3 I CH2 – CH3 128 Compuestos del Carbono Los alquenos en la vida cotidiana. TAREA 6 La gasolina es una mezcla de hidrocarburos, alcanos, alquenos como el 1-hexeno y el cilcohexeno. Además, los alquenos sirven de materia prima para elaborar múltiples compuestos orgánicos artificiales. El eteno es un gas que se emplea también para acelerar la maduración de las frutas. En la industria, se produce una gran cantidad de alquenos para elaborar polímeros. Cuando se añaden ciertos compuestos llamados iniciadores a un alqueno o a una mezcla de alquenos, el doble enlace se rompe y los alquenos se unen entre sí mediante enlaces sencillos. Esto produce una molécula de gran masa molecular llamada “polímero”, la cual tiene unidades repetitivas del alqueno original (llamada monómero). Página 175. TAREA 7 Página 177. Iniciador CH2 = CH2 Monómero (etileno) -CH2 – CH2 - CH2 – CH2 - CH2 – CH2 - CH2 – CH2 - ... etc. …etc. Para no escribir la cadena que es tan larga , se representa CH2 – CH2 como: Polímero (polietileno) Los polímeros se nombran agregándole prefijo poli al nombre del alqueno usado para formar el polímero. En la tabla 3 se mencionan algunos polímeros comúnes, así como sus usos. El eteno o etileno, se utiliza para acelerar la maduración de las frutas y legumbres, lo que aumenta la eficiencia de las cosechas. POLÍMEROS. Estos recipientes estan hechos de plásticos compuestos por polímeros 129 Química 2 Nombre del monómero, estructural Etileno CH2 = CH2 Propileno CH2 = CH Nombre del polímero, estructural. Polietileno Algunos nombres comerciales comunes Polyfilm Marlex –( CH2 = CH2 )n – Polipropileno Herculón – CH2 – CH– I CH3 CH3 Cloruro de vinilo CH2 = CH I Cl Estireno CH2 = CH n Cloruro de polivinilo Tygon (PVC) – CH2 – CH – I Cl Poliestireno n teflón Halón Empaques, válvulas, tuberías, recubrimientos antiadherentes para recipientes de cocina. Sustituto de vidrio, lentes, vidrios para aeroplanos, empastes dentales, ojos artificiales, lazos. Tetrafluoroetileno CF2 = CF2 Politetrafluoroetileno Metil metacrilato CH3 Polimetil metacrilato CH3 I –( CH2 – C )n– I CO2CH3 Plexiglas Locite Poliacrilonitrilo Orlón Acrilán Acrilonitrilo CH 2 = CH I CN ( CF2 – CF2 )n CH2 – CH CN n Tabla 4. Polímeros más comunes y sus usos. 130 Recubrimientos para conductores y cables, tuberías, impermeables, cortinas para baño, superficies para canchas de tenis. Objetos moldeados (peines, juguetes, mangos para cepillos y sartenes), partes para refrigeradores, materiales aislantes, disco de fonógrafo, cabinas para relojes y radio. n CO2CH3 Aislantes eléctricos, empaques (bolsas de plástico), recubrimientos para pisos, botellas de plástico, tuberías, mangueras. Tuberías, alfombras, césped artificial, partes moldeadas para automóviles, fibras. Styrofoam Styron CH2 – CH CH2= C Usos Fibra para alfombras. ropa y Compuestos del Carbono Si reflexionas un poco te darás cuenta de los beneficios que ha obtenido el hombre al utilizar los artículos plásticos mencionados, pero esto se revierte en su perjuicio ya que al convertirse en basura, provocan daños ecológicos graves, pues no son biodegradables, es decir, no se descomponen en otras sustancias que puedan ser asimiladas por la tierra y por lo tanto deben reciclarse; por esto te invitamos a que participes activamente en las campañas de reciclado de plásticos, que se están poniendo en marcha en las escuelas. ¿Qué otras soluciones propones para evitar lo anterior? TAREA 8 Página 179. 131 Química 2 3.3.3. Alquinos ALQUINOS son Compuestos formados por C e H, de cadena abierta que están unidos entre sí por enlaces dobles ( C = C ) Tienen las siguientes características Se nombran cambiando la terminación ano del alcano por la terminación ino Cn H2 n – 2 , siendo n el número de carbonos. Por ejemplo Donde Etino Fórmula desarrollada Los tres primeros tienen nombres especiales Formula molecular H–C ≡ C–H C2 H2 Los demás se nombran mediante Los prefijos griegos que indican el número de átomos de carbono y la terminación ino Utilizan Los prefijos et, prop, but, seguidos del sufijo “ino” Ejemplos 132 Fórmula Nombre CH ≡ CH CH3 – CH ≡ CH CH3 – CH2 – C ≡ CH CH3 – CH2 – CH2 – C ≡ CH Etino Propino 1 – Butino 1 – Pentino CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – C ≡ CH CH3 – CH2 – CH2 – C ≡ C – CH3 1 – Hexino 2 – Hexino Compuestos del Carbono INSTRUCCIONES: De forma individual indica cuál de las siguientes fórmulas moleculares corresponde a un alquino: a) C 5 H12 EJERCICIO 9 b) C 5 H8 c) C 3 H4 d) C 7 H16 e) C 6 H12 f) C 2 H2 g) C 6 H10 ¿Y los alquinos cómo se nombran? Reglas para nombrar a los alquinos: ¾ TAREA 9 Para nombrar a los alquinos, se utilizan las mismas reglas de UIQPA aplicadas a los alcanos y alquenos, sólo que en este caso la terminación del nombre del compuesto será “ino” ejemplos: 4 1 2 3 CH ≡ C – CH2 – CH3 Nombre: 1 – Butino 5 4 3 2 1 CH3 – CH2 – CH2 – C ≡ CH Página. 181. Nombre: 1 – Pentino TAREA 10 ¾ 5 Si en la estructura se cuenta con dos o tres triples enlaces, se utilizarán las terminaciones diino o triino, respectivamente. Por ejemplo el nombre de los siguientes compuestos será: 4 3 2 1 CH3 – C ≡ C – C ≡ CH 7 1 5 6 3 8 2 4 CH3 – C ≡ C – C ≡ C – C ≡ C – CH3 Nombre: 1, 3 – Pentadiino Nombre: 2, 4, 6 – Octatriino Página. 183. 133 Química 2 INSTRUCCIONES: Individualmente escribe los nombres de acuerdo con la UIQPA para los siguientes compuestos: a) CH3 – CH2 – C ≡ CH b) CH ≡ C – C ≡ CH c) CH3 – CH2 – CH2 d) CH ≡ C – CH2 – CH – CH3 CH3 EJERCICIO 10 e) CH3 – C ≡ C – CH – C ≡ C – CH3 CH3 f) CH ≡ C – CH2 – CH2 – CH – CH2 – C ≡ CH CH3 CH3 g) CH3 – C ≡ C – CH –C – (CH2)3 – CH3 CH3 – CH – CH3 h) CH3 – CH – C ≡ C – CH – C ≡ C – CH3 CH3 CH – CH3 CH3 INSTRUCCIONES: Individualmente escribe las estructuras de los siguientes nombres de alquinos. EJERCICIO 11 a) 4 – Metil – 2 - pentino b) 1, 3, 4 – Hexatriino c) 4, 5, 6 – Trimetil – 2 – heptino d) 1, 3 – Butadiino 134 Compuestos del Carbono Aplicaciones de los alquinos El alquino más importante a nivel industrial es el etino, cuyo nombre común es acetileno, éste es un gas incoloro, de olor etéreo, muy flamable. Se utiliza en la soldadura oxiacetilénica, mediante la cual se logran temperaturas de hasta 2800oc; el etino también se emplea en la preparación de explosivos (los acetiluros, entre los cuales destacan el acetiluro de plata y el acetiluro de cobre); en la preparación de polímeros (por ejemplo, el PVC, muy utilizado en tuberías, drenajes, etc.) en balizas y señales SOS; etc. Debido a su flamabilidad y a que forma mezclas explosivas con el aire, el etino se envasa disuelto en acetona y se denomina Pres – o – lite. El acetileno se emplea para soldar barras de acero y sistemas de escape de los autos. TAREA 11 Página. 185. 135 Química 2 3.3.4. ¿Sabías qué? ¿El hollín que se forma debido a la combustión de materiales orgánicos, está lleno de hidrocarburos aromáticos? ¿Qué hace más de 200 años se investigó la gran incidencia de cáncer entre los deshollinadores de chimeneas y se llegó a la conclusión que era el hollín el responsable? ¿Qué en 1930 se demostró que un gran número de hidrocarburos con estructuras cíclicas, que se encontraban en el hollín eran carcinógenos, es decir, que causan cáncer? Aromáticos (Benceno) Aromáticos Son Hidrocarburos cíclicos que contienen enlaces sencillos y dobles alternados entre átomos de carbono adyacentes en un anillo de seis miembros. El compuesto aromático más importante es el Benceno Su fórmula se representa Como una estructura resonante entre las dos fórmulas propuestas por Kekulé, en 1865. Según el siguiente esquema Fórmula molecular C6H6 136 Compuestos del Carbono La Molécula del benceno es puede ser sustituido Formándose un benceno sustituido. Una molécula que contiene un anillo de seis átomos de carbono con un hidrógeno cada uno de ellos y tres dobles enlaces C – C. el cual es Un derivado de la sustitución de uno o más átomos de hidrógeno del benceno con otro átomo o grupo de átomos. éstos pueden ser Bencenos Disustituídos Bencenos monosustituídos Nomenclatura Los monosustituídos se nombran añadiendo el nombre del grupo sustituyente como un prefijo al vocablo benceno. ejemplos NO2 CH2-CH2 Cl Los disustituidos se nombran usando los prefijos orto-, meta-, y para (se abrevian o-, m- y p-) Como En el compuesto orto (o-), los sustituyentes se localizan en átomos de carbono adyacentes, en el compuesto meta-(m-), están en un carbono aparte, y en el compuesto para – (p-) está en lados opuestos del anillo. Cuando los dos grupos son diferentes, se nombran alfabéticamente, seguidos por el vocablo benceno, Ejemplos: Ejemplos Cl Cl Nitrobenceno Etilbenceno Cl Cl Clorobenceno Cl Orto-dicloro benceno Meta-dicloro benceno Cl Para-dicloro benceno 137 Química 2 INSTRUCCIONES: Escribe la estructura de los siguientes compuestos aromáticos. a) Yodo benceno b) Ácido Benzoico EJERCICIO 12 c) Isopropilbenceno d) Nitro benceno e) Bromobenceno f) Para – nitrotolueno g) Meta – nitrofenol h) Orto – diaminobenceno i) TAREA 12 Página. 187. TAREA 13 Página. 189. 138 Para – difluorobenceno Compuestos del Carbono 3.4. GRUPOS FUNCIONALES. La reactividad química de los compuestos orgánicos es mayor en los que, además de tener átomos de C e H, tienen átomos de O, N, P, S, o halógenos. Cuando se efectúa una reacción química, sólo una parte de la molécula es la que participa en la reacción y la mayor parte de la cadena hidrocarbonada no sufre cambio alguno, ejemplo: CH3 CH3 CH3 – C – OH CH3 Alcohol Terbutílico + H Br CH3 – C – Br + H – OH Zona de Reactividad Quimica CH3 En esta reacción se observa que se dio un intercambio entre el grupo –OH y el Br presentes en los reactivos. Una característica importante de los compuestos orgánicos, es que en una reacción química, sólo algún átomo o grupo de átomos intervienen en dicha reacción. A esta zona de reactividad química en una molécula recibe el nombre de Grupo Funcional. ¿Alguna vez has percibido el aroma de los ingredientes utilizados en la elaboración de un postre? Estos ingredientes pueden ser frutas, canela, vainilla, etc. ¿Qué crees que hace que éstos ingredientes tengan aroma? Las frutas, la canela, la vainilla contienen moléculas con un grupo de átomos característico, localizado en un extremo de la molécula. Este ordenamiento de átomos le imparte el olor agradable a la molécula, y recibe el nombre de Grupo Funcional. Por lo tanto un Grupo Funcional se define como un átomo o grupo pequeño de átomos unidos a una cadena hidrocarbonada, que determina en gran medida sus propiedades físicas o químicas. La Química del carbono (orgánica) estudia la transformación de un grupo funcional en otro. Las moléculas orgánicas se clasifican de acuerdo al grupo funcional que presentan, ya que si tienen el mismo grupo funcional presentan las mismas propiedades. Esto hizo posible que los compuestos orgánicos se agruparan en familias. En la tabla 5 se pueden apreciar las principales familias de compuestos orgánicos. Fórmula General R – CH2 – CH2 – R R – CH = CH – R R–C ≡ C–R R – OH R – CH O R – CO – R R – COO – R R–O–R R – COOH R – NH2 R – CO NH2 R–X Familia ALCANOS ALQUENOS ALQUINOS ALCOHOLES ALDEHÍDOS CETONAS ÉSTERES ÉTERES ÁCIDOS CARBOXÍLICOS AMINAS AMIDAS HALUROS DE ALQUILO Grupo Funcional C–C C=C C ≡ C – OH – CH O – CO – – COO – –O– – COOH – NH2 – CO NH2 – X (F, Cl, Br, I ) Tabla 5. Se muestran los grupos funcionales de las principales familias de compuestos del carbono. 139 Química 2 En la tabla anterior se presentan únicamente fórmulas generales, ya que R generalmente representa a cualquier cadena hidrocarbonada, independientemente del número de carbonos que contenga. En ocasiones R representa a un solo hidrógeno que se encuentra unido al carbono que sostiene al grupo funcional. La única clase de compuestos que no contienen grupos funcionales son los alcanos. Los dobles y triples enlaces se consideran grupos funcionales porque son centros en los cuáles pueden ocurrir reacciones. INSTRUCCIONES: Individualmente identifica y encierra el grupo funcional de cada una de las siguientes fórmulas de compuestos orgánicos y anota el nombre de la fórmula a la que pertenece. Compáralo con los de tus compañeros. a) CH 3 – CH = CH 2 b) CH 3 – CH – CH 3 EJERCICIO 13 c) CH 3 – CH 2 – CH 2 – CH 2 – OH d) CH 3 – NH 2 e) CH 3 – CH 2 – CO NH 2 f) HC ≡ C – CH 2 – CH 2 – CH 2 – CH 3 g) CH 3 – CH 2 – CH 2 – COOH h) CH 3 – CH 2 – CH O i) 140 CH3 – COO – CH2 – CH2 – CH3 Compuestos del Carbono 3.4.1. Alcohol ALCOHOL Es una clase de compuestos orgánicos que contienen el grupo funcional OH (conocido como grupo hidroxilo) en lugar de un hidrógeno en la cadena de carbonos. su fórmula se representa ALCOHOLES. El ingrediente principal de cada uno de estos productos es un alcohol Nomenclatura Se nombran como los hidrocarburos de los que proceden, pero con la terminación “ol”. R – OH según La posición del Carbono que sostiene el grupo –OH se denominan Alcoholes primarios, secundarios o terciarios. Por ejemplo Fórmula CH 3 – OH CH 3 – CH 2 – OH CH 3 – CH 2 – CH 2 OH CH 3 – CH – CH 3 I OH Fórmula UIQPA Metanol Etanol 1 – Propanol Nombre Común Alcohol Metílico Alcohol Etílico Alcohol Propílico 2 – Propanol Alcohol Isopropílico CH 3 – CH 2 – CH – CH 3 I OH 2 – Butanol Alcohol sec-butílico CH 3 – CH 2 – CH 2 – CH 2 – CH 2 -OH 1 – Pentanol Alcohol Pentílico 141 Química 2 La nomenclatura de los alcoholes se realiza de la siguiente manera: 1. Se enumera la cadena a partir del extremo que tenga más cerca un grupo alcohol ( – OH ). Se escribe el número del carbono que contiene el o los grupos – OH, seguido del nombre del hidrocarburo con la terminación ol, si contiene un grupo OH; diol, si contiene 2 grupos OH; triol, si contiene 3 grupos OH, y asi sucesivamente. Nombre: 2 – butanol Ejemplos: 4 2 3 1 CH3 – CH2 – CH – CH3 OH a) b) 3 4 5 2 1 CH3 – CH – CH2 – CH – CH3 OH Nombre: 2 , 4 - pentanodiol OH CH2 – CH – CH2 c) OH OH OH Nombre: 1, 2, 3 – propanotriol 2. Los alcoholes ramificados se nombran de forma similar a como se hizo con los hidrocarburos. Terminar el nombre del alcohol con el nombre del hidrocarburo base, ejemplo: CH3 CH3 3 7 4 6 5 2 CH3 – C – CH2 – CH – CH – CH2 – CH3 1 OH OH Nombre: 2, 5 – dimetil – 2 , 4 – heptanodiol 142 Compuestos del Carbono INSTRUCCIONES: De forma individual escribe el nombre según la UIQPA de cada una de las siguientes estructuras de alcoholes, también escribe si el alcohol es primario, secundario o terciario. a) CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH3 _________________ I OH b) CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 _________________ I OH OH I c) CH3 – C – CH2 – CH3 _________________ I CH3 OH I d) CH3 – CH2 – CH – CH – CH – CH3 I I CH3 CH3 e) CH3 – CH – CH – CH2 – CH3 I I OH OH f) CH3 I CH3 – CH – CH – CH – CH2 – OH I I CH2 OH I CH3 EJERCICIO 14 _________________ _________________ _________________ 143 Química 2 3.4.2. Éter. Éteres son Compuestos orgánicos que se identifican por el grupo R – O – R1, los grupos alquilo R pueden ser iguales o diferentes El éter dietílico (éter) es un buen anestésico Su fórmula se representa Nomenclatura El nombre de los éteres se forma a partir de los nombres de los radicales alquilo que lo forman, precedido de la palabra éter o bien, se menciona primero la palabra éter y luego los nombres de los grupos alquilo con la terminación “ico”. R – O – R1 Ejemplos Fórmula CH3 – O – CH3 CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3 CH3 – CH2 – O – CH3 CH3 – CH2 – CH2 – O – CH3 CH3 I CH3 – O – C – CH3 I CH3 CH3 – CH2 – O – CH – CH3 I CH3 Nombre Dimetil éter o éter dimetilico Dietil éter o Éter dietílico Metil etil éter o Éter metil etílico Metil propil éter o Éter metil propílico Metil terbutil éter o Éter metil terbutílico Etil isopropil éter o Éter etil isopropílico Si ya analizaste el mapa conceptual anterior y captaste la forma en que se nombran los éteres, realiza el siguiente ejercicio, si no discútelo con tus compañeros. 144 Compuestos del Carbono INSTRUCCIONES: En equipo escriban el nombre a cada una de las siguientes estructuras de éteres: a) CH3 – O – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 ________________________ b) CH3 – CH2 – O – CH2 – CH2 – CH3 ________________________ EJERCICIO 15 c) CH3 – O – CH – CH2 – CH3 I CH3 ________________________ d) CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH3 I O – CH2 – CH3 ________________________ e) CH3 – CH2 – CH – CH3 I O – CH2 – CH3 I CH3 ________________________ 145 Química 2 3.4.3. Aldehído Aldehídos son Son compuestos orgánicos que en su molécula presentan un doble enlace en el carbono y oxígeno, y un hidrógeno enlazado al carbono. Su fórmula se representa Nomenclatura Su nombre proviene de los hidrocarburos de los que proceden, pero con la terminación “al”. O // R–C \ H donde Ejemplos: El grupo C=O se encuentra en carbono terminal. Fórmula O // CH3 – C \ H O // CH3 – CH2 – C \ H O // CH3 – CH2 – CH2 – C \ H CH3 – CH – CH O I CH3 CH3 – CH – CH2 – CH O I CH3 146 Nombre Etanal Propanal Butanal 2 – metil – propanal 3 – metil – butanal Compuestos del Carbono INSTRUCCIONES: Individualmente apoyate en el mapa conceptual anterior, y escribe el nombre de las siguientes estructuras de aldehidos, compáralas con las de tus compañeros y coméntalas con tu maestro. a) H – C H O ____________________ b) CH3 – C H O ____________________ c) CH3 – CH – CH2 – CH – C H O I I CH3 CH3 ____________________ d) CH3 – CH2 – CH2 – CH2 - CHO ____________________ CH3 I e) CH3 – CH – CH – C H O I CH3 ____________________ EJERCICIO 16 147 Química 2 3.4.4. Cetona Cetonas son Compuestos orgánicos formados por dos radicales a cada uno de los lados del grupo funcional carbonilo ( C=O). su fórmula se representa La acetona es una cetona, es el disolvente que se usa en los quitaesmaltes para uñas R – C – R1 II O Nomenclatura Las cetonas se nombran igual que los alcanos, pero sustituyendo la terminación o por la de “ona”. Donde El grupo C=O, se encuentra en un carbono secundario. En el cual La posición del grupo carbonilo y de las ramificaciones, se indica mediante números y se eligen de manera que al grupo carbonilo le corresponda el número menor posible. ejemplos CH3 – C – CH 3 II O CH – C – CH – CH3 II I O CH3 CH3 – CH2 – C – CH2 – CH3 II O CH3 – C – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 II O 148 Propanona 3 – metil 2 – butanona 3 – Pentanona 2 – Hexanona Compuestos del Carbono INSTRUCCIONES: Utiliza la información proporcionada en el mapa conceptual anterior, para que escribas el nombre de las siguientes estructuras de cetonas, compáralas con las de tus compañeros y coméntalas con tu maestro. a) CH3 – CH2 – C – CH2 – CH – CH3 II I O CH3 b) CH3 – CH2 – C – CH – CH2 – CH3 II I O CH3 O II c) CH3 – CH – CH – CH – C – CH3 I I I CH2 CH3 CH3 I CH3 EJERCICIO 17 CH3 I d)CH3 – C – CH – CH – CH3 II I O CH2 – CH3 CH3 I e) CH3 – C – C – CH3 II I O CH3 149 Química 2 3.4.5. Ácido Carboxílico Ácidos Carboxílicos son Compuestos orgánicos que contienen el grupo funcional Carboxilo ( – COOH ) su fórmula se representa ÁCIDOS CARBOXÍLICOS. Presentan usos muy variados como ejemplo, aderezos de ensaladas. R – COOH donde El grupo COOH se encuentra en carbono terminal. Nomenclatura Se escoge la cadena hidrocarbonada más larga que contenga al grupo carboxilo (el átomo que posee el grupo carboxilo le corresponderá el número uno). Después Se agrega la terminación “oico” al nombre del alcano correspondiente a la cadena de mayor longitud. Posteriormente La posición de las ramificaciones se indica por su nombre y su número de la misma manera que para los hidrocarburos. y Antes del nombre se antepone la palabra “Ácido”. ejemplos 150 Fórmula Nombre H – COOH Ácido metanoico CH3 – CH2 – CH2 - COOH Ácido butanoico CH3 – CH – CH2 – CH – COOH I I CH3 CH3 Ácido – 2, 4 - dimetilpentanoico Compuestos del Carbono Existen muchos ácidos carboxílicos que son conocidos por su nombre común, como es el caso del ácido acético. En la siguiente tabla se dan a conocer los principales ácidos con su nombre común y el de la UIQPA. Fórmula H – COOH Nombre común Ácido fórmico Nombre de la UIQPA Ácido metanoico CH3 – COOH Ácido acético Ácido etanoico CH3 – CH2 – COOH Ácido propiónico Ácido propanoico CH3 – CH2 – CH2 - COOH Ácido butírico Ácido butanoico CH3 – (CH2 )3 – COOH Ácido valérico Ácido pentanoico CH3 – (CH2 )10 – COOH Ácido láurico Ácido dodecanoico CH3 – (CH2 ) 14 – COOH Ácido palmítico Ácido hexadecanoico CH3 – (CH2 )16 – COOH Ácido esteárico Ácido octadecanoico INSTRUCCIONES: Escribe el nombre correcto para las siguientes estructuras de ácidos carboxílicos. Compáralas con las de tus compañeros. a) CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – COOH b) CH3 – CH – CH – (CH2)4 – CH - COOH I I I CH3 CH3 CH2 I CH3 c) CH3 – CH – CH – COOH I I CH3 CH3 EJERCICIO 18 d) CH3 – CH2 – CH2 – CH – CH – CH – COOH I I I CH3 CH3 CH3 I CH3 e) CH3 – CH – CH – CH – COOH I I I CH3 CH2 CH3 I CH3 151 Química 2 3.4.6. Éster ¿A qué crees que se deben los olores tan agradables que tienen muchas frutas y flores? Estos olores tan agradables y característicos se deben a la presencia de compuestos orgánicos llamados “ésteres”, enseguida veremos qué son estos compuestos. Ésteres son Compuestos orgánicos que contienen el grupo funcional –COO– Su fórmula se representa R – COO – R1 ó O // R–C \ O – R1 Se obtienen de la reacción de un ácido carboxílico y un alcohol, con la eliminación de una molécula de agua. Nomenclatura Se nombran como si fueran sales derivadas de los ácidos carboxílicos. En el cual Se cuenta el número de carbonos de la cadena más larga que proviene del ácido carboxílico. Y Al nombre del ácido, se le cambia la terminación “ico” por “ato” Y se añade Al final se escribe el nombre del radical alquilo proveniente del alcohol con la terminación “ilo” Ejemplos Fórmula CH3 – COO – CH3 H – COO – CH2 – CH3 CH3 – CH2 – COO – CH3 152 Nombre Etanoato de metilo Metanoato de etilo Propanoato de metilo Compuestos del Carbono INSTRUCCIONES: Escribe el nombre correcto para las siguientes estructuras de ésteres. Compáralas con las de tus compañeros. a) CH3 – CH2 – COO – CH2 – CH3 EJERCICIO 19 b) CH 3 – COO – CH2 – CH3 c) CH3 – (CH2 ) 2 – COO – CH3 d) CH3 – CH2 – COO – CH – CH3 I CH3 e) CH3 – CH2 – COO – (CH2 ) 3 – CH3 ¿Sabías que los ácidos carboxílicos, ésteres y las amidas se encuentran con frecuencia en compuestos que tienen usos medicinales? Propiedades y aplicaciones de los ésteres. Los ésteres líquidos se utilizan para reemplazar los olores de algunas frutas y flores, en perfumes, dulces y chicles. En los últimos años son utilizados para mejorar el sabor y el aroma de los alimentos procesados, la mayor parte de las conservas y jaleas tienen sabores artificiales, como se indica en las etiquetas. Los ésteres de cadena corta (bajo peso molecular) son líquidos de olor agradable a flores o frutas. Los ésteres de cadena larga (alto peso molecular), son sólidos e incoloros y dejan de tener olores atractivos, o sea que se vuelven totalmente desagradables, como por ejemplo tenemos a las mantecas (grasas) o sebos. En la siguiente tabla se presentan algunos olores característicos de los ésteres. Nombre del éster Acetato de isopentilo La s frutas se perciben por sus olores característicos, estos son provocados por los ésteres. Olor característico Plátano Butanoato de etilo Piña Pentanoato de isopentilo Acetato de bencilo Manzana Jazmín Butanoato de bencilo Rosa 153 Química 2 3.4.7. Amida Amidas son Compuestos orgánicos derivados de los ácidos carboxílicos, los cuales se obtienen al sustituir el grupo OH por un grupo NH2 su fórmula se representa R – C – NH2 II O ó R – CONH2 Se clasifican en: Monosustituídas Bisustituídas Se forman cuando Un hidrógeno del –NH2 se sustituye por un grupo alquilo Su fórmula es: Nomenclatura Se forman cuando Dos hidrógenos del –NH2 se sustituyen por grupos alquilo. R – CONH – R1 R – CON – R1 I R11 En el sistema UIQPA se nombran cambiando la terminación “O” del nombre del hidrocarburo base por amida. El carbono que contiene el grupo amida se considera parte del hidrocarburo base. y Si existen uno o más grupos alquilo sustituidos en el nitrógeno, se nombran empleando la letra N por cada grupo alquilo sustituido. Ejemplos: Amida H – CONH2 CH3 – CONH2 CH3 – CH2 – CONH2 CH3 – CH2 – CH2 – CONH2 CH3 – CONH – CH3 CH3 – CH2 – CONH – CH2 – CH3 CH3 – CON – CH3 I CH3 CH3 – (CH2 ) 2 – CON – CH3 I CH2 I CH3 154 Nombre UIQPA Metanamida Etanamida Propanamida Butanamida N – metiletanamida N – etilpropanamida Nombre común Formamida Acetamida Propionamida Butiramida N – metilacetamida N – etilpropionamida N, N – dimetiletanamida N, N – dimetilacetamida N – metil – N – etilbutanamida N – metil – N – etilbutiramida Compuestos del Carbono INSTRUCCIONES: Utilizando la información proporcionada en el mapa conceptual anterior, escribe el nombre según la UIQPA de las siguientes estructuras de amidas, compáralos con los de tus compañeros y coméntalas con tu maestro. a) CH3 – (CH2 ) 2 – CONH2 b) CH3 – CON – CH3 I CH3 EJERCICIO 20 c) CH3 – CH2 – CON – CH2 – CH2 – CH3 I CH2 – CH2 – CH3 d) CH3 – CH2 – CONH – CH3 e) CH3 – (CH2 ) 2 – CON – CH2 – CH3 I CH2 – CH2 – CH3 ¿Sabías que el olor característico de algunos quesos es producido por una amida? Aplicaciones de las Amidas. Las amidas han sido de gran utilidad en la medicina, ya que éstas se utilizan para la preparación de diuréticos y antibióticos. En cuanto a la aplicación industrial más importante consiste en la preparación de las resinas poliamídicas llamadas nylon. El nylon es un sólido blanco que forma fibras muy fuertes, las cuales se utilizaron en la Segunda Guerra Mundial, para elaborar artículos militares, como cuerdas para barcos y paracaídas. Posteriormente se usó en la fabricación de medias femeninas, así como en la fabricación de pelucas y cuerdas para llantas automotrices. De las pocas amidas que se encuentran en la naturaleza, la urea (H2N – CO – NH2), es una de las más importantes, ya que se utiliza como fertilizante para las plantas, además tiene gran utilidad en la industria de los polímeros y la industria farmacéutica. Además, las amidas son compuestos que tienen una gran importancia en los seres vivos, ya que éstas forman parte de la estructura de moléculas, que desempeñan un gran número de funciones en el organismo, como por ejemplo, el ser constituyentes del pelo, los músculos, la piel; algunas actúan como anticuerpos, otras como enzimas y otras más como hormonas. 155 Química 2 3.4.8. Amina Aminas Son compuestos orgánicos, que se consideran derivados del amoníaco (NH3), en el cual se pueden sustituir los átomos de hidrógeno por grupos alquilo. Se clasifican en Primarias Secundarias Terciarias son son son Las que poseen un solo grupo alquilo sustituido al amoníaco. Las que poseen dos grupos alquilo sustituidos al amoníaco. Las que poseen tres grupos alquilo sustituidos al amoníaco. Su fórmula es: Su fórmula es: Su fórmula es: R – N H2 156 R – NH I R1 R – N – R1 I R11 Compuestos del Carbono Nomenclatura de Aminas Se nombran Mencionando el o los grupos alquilo unidos al nitrógeno, seguido de la palabra amina. y Si existen dos o más grupos alquilo iguales se utilizan los prefijos di o tri, según sea el caso. Si Existen dos o más grupos alquilo diferentes, se escoge el grupo alquilo con mayor número de átomos de carbono cuyo nombre irá al final seguido de la palabra amina. Los grupos alquilo que se indiquen como sustiuyentes, se distinguen anteponiendo la letra N al nombre del grupo. Ejemplos: Amina CH3 – NH2 CH3 – NH – CH3 CH3 – CH2 – NH2 CH3 – CH2 – N – CH2 – CH3 I CH2 I CH3 CH2 – CH2 – NH – CH3 CH3 – CH2 – N – CH2 – CH2 – CH3 I CH3 CH3 I CH3 – CH – N – CH3 I CH3 Nombre Metilamina Dimetil amina Etil amina Trietil amina N – Metiletilamina N – metil – N – etilpropilamina N , N – dimetil isopropilamina 157 Química 2 INSTRUCCIONES: Analiza el mapa conceptual anterior, después escribe el nombre de las siguientes estructuras de aminas, compáralas con las de tus compañeros y coméntalas con tu maestro. a) CH3 – CH – NH – CH3 I CH3 b) CH3 – CH2 – N – CH2 – CH3 I CH2 EJERCICIO 21 I CH3 _______________________ _______________________ c) CH3 – CH – CH2 – NH – CH3 I CH3 _______________________ d) CH3 – CH2 – CH2 – NH – CH3 _______________________ CH3 I e) CH3 – C – NH – CH2 – CH3 I CH3 _______________________ f) _______________________ CH3 – N – CH2 – CH2 – CH3 I CH2 – CH3 Propiedades y aplicaciones de las aminas. Las aminas de peso molecular bajo son gaseosas, luego son líquidas y se hacen sólidas conforme va aumentando el peso molecular. Las primeras aminas se identifican por su olor parecido al del amoniaco, como por ejemplo la metilamina y la etilamina. Las aminas que tienen un mayor peso molecular, como en el caso de la dimetil amina y la trietilamina, tienen un olor “a pescado” muy desagradable. Estas aminas se encuentran entre los productos de descomposición de la materia animal. Las aminas son muy solubles en agua, disminuyendo ésta, al aumentar el número de átomos de carbono en la amina. AMINAS. El ingrediente activo en algunos antihistamínicos es una amina orgánica 158 Compuestos del Carbono En el siguiente cuadro se resumen algunas de las aplicaciones de las aminas. Nombre de la Amina Fórmula Aplicaciones Metilamina CH3 – NH2 Como materia prima para la fabricación de insecticidas. Dimetilamina (CH3)2 – NH Elaboración de anestésicos como la estolvaína y la alipina. Como materia prima para la fabricación de la dimetilformamida, útil como disolvente. Trimetilamina (CH3)3 – N Como materia prima para la fabricación de alimentos para ganado. Hexametilendiamina (H2N – (CH2)6 – NH2) Materia prima para la fabricación del nylon. ¿Qué importancia biológica tienen las aminas? Las aminas tienen funciones importantes en los sistemas bioquímicos, ya que están distribuidas ampliamente en la naturaleza en forma de aminoácidos, alcaloides y vitaminas. Muchas aminas complejas se distinguen por su actividad fisiológica, como por ejemplo, la epinefrina (o adrenalina), la tiamina o vitamina B1 y la novocaína. Las aminas y amidas son moléculas biológicas importantes porque forman parte de las proteínas. Cuando un organismo muere, sus proteínas se descomponen formando muchos compuestos diferentes que contienen el grupo funcional amino, como la putrescina y cadaverina que tienen olor característico y desagradable. 159 Química 2 3.4.9. Halogenuro de Alquilo Halogenuros de alquilo Derivados halogenados de los hidrocarburos. y Resultan al sustituir uno o mas hidrógenos por uno o más halógenos, por lo que contienen sólo carbono, hidrógeno y uno o más halógenos (F, Cl, Br, I ) su fórmula se representa se clasifican en R–X en donde X puede ser cualquiera de los halógenos F, Cl, Br o I. Halogenuros primarios, secundarios o terciarios según sea el átomo de carbono donde se sustituya el hidrógeno por el halógeno. ejemplos: CH3 – CH2 – CH2 – F Primario CH3 – CH – CH3 I Br Secundario CH3 I CH3 – C – CH3 I Cl Terciario 160 Compuestos del Carbono Nomenclatura de Halogenuros de alquilo Se nombran Según la UIQPA, mencionando primero el nombre del halógeno y enseguida el nombre del hidrocarburo. Para Los halogenuros que contienen 2 ó más halógenos, se nombran siguiendo las mismas reglas que se usan para los alcanos ramificados. Ejemplos: Fórmula CH3 – Cl CH3 – CH2 – Br 4 3 2 1 CH3 – CH2 – CH – CH3 I Cl CH3 I CH3 – C – CH3 I Br Cl – CH – Cl I Cl CH2 – CH2 I I Cl Cl Nombre Clorometano Bromoetano 2 – Clorobutano 2 – Bromo – 2 – metilpropano Triclorometano 1 , 2 – dicloroetano 161 Química 2 INSTRUCCIONES: De acuerdo a las reglas de la UIQPA escribe el nombre de cada una de las siguientes estructuras de halogenuros de alquilo, compáralas con las de tus compañeros. EJERCICIO 22 TAREA 14 Página. 191. 162 a) CH3 – CH – CH – CH3 I I Br Br ________________ b) CH3 – CH – (CH2 ) 3 – CH3 I Cl ________________ c) CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH3 I F ________________ d) I – CH2 – CH2 – CH – CH3 I CH3 ________________ e) Cl – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH – CH2 – CH2 – Cl I CH2 I CH3 ________________ Compuestos del Carbono En la siguiente tabla se muestran las diferentes familias de compuestos orgánicos, sus propiedades, usos y ejemplos más importantes. Fórmula General Grupo funcional Propiedades Usos Ejemplos R – OH ALCOHOL Grupo hidroxilo (-OH); un átomo de hidrógeno unido a un átomo de oxígeno que, a su vez, está unido a la parte hidrocarbonada de la molécula. Polares por lo que atraen a las moléculas de agua; punto de ebullición elevado; los de bajo peso molecular son solubles en agua. Como disolventes, desinfectantes, como ingrediente en los enjuagues bucales y en los fijadores en aerosol para el cabello, como anticongelantes. Metanol, etanol, isopropanol, colesterol, azúcares. R–O–R ETER Un átomo de oxígeno Casi no reactivos, Como anestésicos, Éter dietílico unido a dos cadenas insolubles en agua, disolventes para hidrocarbonadas. volátiles. grasas y ceras. R–CHO ALDEHIDO Grupo Carbonilo (- Muy reactivos, CO); un átomo de olores carbono unido por característicos. doble enlace a un átomo de oxígeno. Como disolventes, saborizantes, para la fabricación de plásticos y adhesivos, agentes para embalsamar. Acetona, formaldehído, sabor canela, a vainilla y almendras. Ácidos, por lo gneral son solubles en agua, fuerte olor desagradable, forman sales metálicas en las reacciones ácido – base Como vinagre, saborizante de pasteles, en productos para el cuidado de la piel, en la producción de jabones y detergentes. Ácido Acético (en el vinagre), ácido fórmico, ácido cítrico (en los limones), Ácido Salicílico. R–CO–R CETONA R – COOH ÁCIDO CARBOXÍLICO Grupo carboxilo (COOH); un átomo de oxígeno unido por doble enlace a un carbono, el cuál también está unido a un grupo hidroxilo y a la parte hidrocarbonada de la molécula. R – COO – R ÉSTER Son derivados de los Aromas ácidos carboxílicos en volátiles. los que el – OH del grupo carboxilo ha sido reemplazado por un – OR de un alcohol. fuertes, Saborizantes Aceite de plátano, artificiales, telas de triglicéridos poliéster. (grasas). Continua en la página siguiente... 163 Química 2 Fórmula General R – NH2 AMINA R – CO – NH2 AMIDA Grupo Funcional Grupo Amino (-NH2); dos átomos de hidrógeno están unidos a un átomo de nitrógeno que, a su vez, está unido a la parte hidrocarbonada de la molécula. Grupo Amino está unido a un grupo carbonilo ( - CONH2) R–X Átomos de Halógeno HALURO DE ALQUILO X=F, Cl, Br o I 164 Propiedades Usos Ejemplos Urea, Putrescina, Son básicas con disolventes, Cadaverina, olor parecido al Como para las hormonas Nutrasweet. amoníaco. peptídicas sintéticas, en fertilizantes, en la síntesis del Nylon. Son neutras, la mayoría son sólidas. Alta densidad Como refrigerantes, disolventes, pesticidas, repelentes de polillas, en algunos plásticos. Cloroformo, diclorometano, tiroxina, freón, DDT, PVC. Compuestos del Carbono Nombre______________________________________________________ TAREA 1 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Realiza una investigación sobre la alotropia del carbono y de los usos y aplicaciones que tienen estos alótropos en la industria, el ambiente y en tu vida diaria. Además contesta las siguientes preguntas. 1. Explica ¿Por qué razón el grafito y el futboleno conducen la corriente eléctrica y el diamante no? 2. ¿Qué tipo de hibridación presenta el carbón utilizado por las amas de casa en la vida cotidiana? 165 Química 2 166 Compuestos del Carbono Nombre______________________________________________________ TAREA 2 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Entre los siguientes pares de compuestos orgánicos, identifica los que son isómeros y escribe sobre la línea el tipo de isomería que presentan. Si no tienen isomería, escríbelo también y al final compara tus respuestas con tus compañeros. 1) CH3 – (CH2)3 – CH3 y CH3-CH2-CH-(CH3)-CH3 _______________ 2) CH3-(CH2)4-CH3 y CH3-CH2-CH-(CH3) CH3 _______________ 3) CH3-(CH2)2-CH3 y CH3-CH2-CH3 _______________ 4) CH3-(CH2)3-CH2-CH3 y CH3-(CH2)2-CH3 _______________ 5) CH3-CH2-(CH2)2-CH3 y CH3-(CH2)2- CH3 _______________ 6) CH3-CH3 y CH2 = CH2 _______________ 7) CH3-CH2-CH2-CH3 y CH3- C Ξ C – CH3 _______________ 8) CH3-CH2-CH2-CH3 y CH3-CH-(CH3)-CH3 _______________ 9) CH3-CH2-OH y CH3- O –CH3 _______________ 10) CH3-CH=O y CH3-CH2- OH _______________ 11) CH3-O-CH3 y CH3-CH2- CH2-OH _______________ 12) CH3-CH2-CH=O y CH3-CO- CH3 _______________ 13) CH3-CH2-COOH y CH3-COO-CH3 _______________ 14) CH3-CH2-C-(CH3)3 y CH3-CH2-CH2-CH3 _______________ 15) CH3-CH-(CH3)-CH2-CH-(CH3)2 y CH3-CH-(CH3)-CH2-CH3 _______________ 16) CH3-CH-(CH3)-(CH2)2-CH3 y CH3-(CH2)2- CH=CH-CH3 _______________ 17) CH3-C-(CH3)2- CH3 y CH3-CH2-C-(CH3)3 _______________ 18) CH3-C-(CH3)2-(CH2)4-CH=O Y CH3-CO-C-(CH3)2-CH2-CH3 _______________ 167 Química 2 168 Compuestos del Carbono Nombre______________________________________________________ TAREA 3 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Realiza la siguiente investigación bibliografía y apoyado por tu maestro, discútela con el resto del grupo. Entrega un reporte a tu maestro y anota la bibliografía consultada. 1. ¿Por qué al metano (CH4) se le conoce como el gas de los pantanos? 2. ¿De qué otra fuente natural se obtiene el metano además del petróleo? 3. ¿Qué otras aplicaciones tiene el metano además de ser combustible? 4. Explica cómo se puede obtener el metano en el laboratorio. 5. ¿Qué características físicas tiene el petróleo crudo? 6. ¿Cuáles son las fuentes naturales de los hidrocarburos? 7. ¿Cómo se obtienen, a nivel industrial, los hidrocarburos? 169 Química 2 170 Compuestos del Carbono Nombre______________________________________________________ TAREA 4 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Escribe las estructuras de acuerdo con el nombre de cada uno de los alcanos que se te indican. Después entrega un reporte a tu maestro. a) 2,5-dimetil-4-isopropil-heptano b) 3,4,5,6-tetrametil-4,5,6-trietil-nonano c) 2,3,4-trimetil-3,4-dietil-heptano d) 4,4,6,6-tetrametil-decano e) 2,3-dimetil-4-etil-hexano f) 3,5-dimetil-5,7-diisopropil-decano g) 3,4-dietil-4,5-dipropil-nonano h) 3,3,6-trimetil-4,4,5-trietil-nonano i) 2,4-dimetil-4-isopropil-octano j) 2,4,6,-trimetil-4,7-dietil-6-isopropil-decano 171 Química 2 172 Compuestos del Carbono Nombre______________________________________________________ TAREA 5 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Investiga cómo se lleva a cabo la destilación fraccionada del petróleo y los productos que de él se obtienen representándolos mediante un esquema. . 173 Química 2 174 Compuestos del Carbono Nombre______________________________________________________ TAREA 6 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Realiza una investigación bibliográfica sobre las propiedades físicas de los alquenos y contesta las siguientes preguntas, al finalizar entrega un reporte a tu maestro. 1) Indica cómo varía el estado físico de los alquenos de acuerdo al número de átomos de carbono. 2) Indica cómo es la densidad de los alquenos con respecto a la del agua, así como la solubilidad en la misma. 3) Menciona cuatro sustancias en las que se puedan disolver los alquenos. 4) Indica cómo varía el punto de ebullición de los alquenos, al aumentar el número de átomos de Carbono. 175 Química 2 176 Compuestos del Carbono Nombre______________________________________________________ TAREA 7 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Escribe las estructuras de acuerdo con el nombre de cada uno de los alquenos que se te indican, después entrega un reporte a tu maestro. a) 2 – Metil – 1 – buteno b) 4 – Metil – 2 – penteno c) 2,7 – Dimetil – 2,4,6 – octatrieno d) 1, 3, 4 – Hexatrieno e) 4 – Metil – 3 – etil – 1, 3 – pentadieno f) 4, 4 – Dimetil – 2 – hexeno g) 4 – Metil – 2 – etil – 1,6 – heptadieno h) 6 – Isopropil – 1,6 – octadieno i) j) 1, 3 – Butadieno 2 – Etil – 4 – metil – 1 hexeno 177 Química 2 178 Compuestos del Carbono Nombre______________________________________________________ TAREA 8 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Realiza la siguiente investigación consultando bibliografía, entrevistando maestros o compañeros de semestre superiores, visitas a industrias, etc. Anota la bibliografía consultada y finalmente entrégale un reporte a tu maestro. 1. ¿Qué son los plásticos? 2. ¿Qué diferencia existe entre los plásticos utilizados en la elaboración de envases y los utilizados en la elaboración de envolturas? 3. ¿Qué tipo de materiales plásticos son utilizados en la fabricación de órganos artificiales? 4. ¿De qué material están elaborados los vasos de hielo seco? 5. ¿Por qué el plástico con que se elaboran las bolsas de polietileno es flexible y aquél con el cual se elaboran los envases de refresco es rígido? 6. ¿Qué tipo de materiales pueden ser agregados a los plásticos para que éstos puedan ser utilizados en la carrocería de vehículos? 7. ¿Por qué algunos plásticos se vuelven quebradizos al estar expuestos durante algún tiempo a la luz solar y otros no? 8. ¿Por qué los plásticos empleados en la fabricación de pañales y biodegradables? bolsas de polietileno no son 179 Química 2 180 Compuestos del Carbono Nombre______________________________________________________ TAREA 9 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Escribe las estructuras de cada uno de los siguientes ejemplos de alquinos. Después entrega un reporte a tu maestro. a) 2 – Butino b) 3 – Metil – 1 – butino c) 4 – Metil – 3 – etil – 1 – hexino d) 3 – Metil – 1, 5 – heptadiino e) 3 – Propil – 1, 4 – pentidiino f) 5 – Metil – 3 –octino 181 Química 2 182 Compuestos del Carbono Nombre______________________________________________________ TAREA 10 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Realiza una investigación en internet o bibliográfica y elabora un reporte sobre las propiedades físicas de los alquinos, compáralas con las de alcanos y alquenos. Dirigido por tu maestro, discútelas con el resto del grupo. Recuerda que debes anotar la dirección de internet y bibliográfica consultada. 183 Química 2 184 Compuestos del Carbono Nombre______________________________________________________ TAREA 11 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: En las siguientes fórmulas moleculares, identifica cuál es un alcano, un alqueno o un alquino. Considera que los compuestos no son cíclicos. a) C8 H16 b) C5 H12 c) C4 H8 d) C20 H38 e) CH4 f) C10 H20 g) C18 H38 185 Química 2 186 Compuestos del Carbono Nombre______________________________________________________ TAREA 12 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Realiza una búsqueda en internet sobre hidrocarburos aromáticos, poniendo especial énfasis en sus aplicaciones industriales y domésticas o personales. Expresa tu opinión sobre los hidrocarburos aromáticos y elabora un reporte a tu profesor. (Anexa la dirección de internet). ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ 187 Química 2 188 Compuestos del Carbono Nombre______________________________________________________ TAREA 13 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Escribe el nombre de las siguientes estructuras de compuestos aromáticos, compara tus respuestas con las de tus compañeros y preséntalas a tu profesor. NO2 a) Br OH b) CH3 NO 2 c) NO2 CH3 d) OH Br e) CH3 CH3 f) Br 189 Química 2 NH2 OH g) F F h) NO2 i) OH I j) 190 Compuestos del Carbono TAREA 14 Nombre______________________________________________________ No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTUCCIONES: Utilizando las reglas de nomenclatura de la UIQPA, escribe el nombre de las siguientes estructuras de compuestos orgánicos. a) CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH – CH3 I I CH2 OH I CH3 CH3 I b) CH3 – C – CH2 – CH2 – COOH I CH3 CH3 I c) CH3 – C – CH2 – CH2 - CHO I CH3 I CH3 CH3 I d) CH3 – CH – CH2 – CH – CH – OH I I CH3 CH2 I CH3 CH3 I e) CH3 – C – CHO I CH2 – CH3 191 Química 2 f) CH3 CH2 – CH3 I I CH3 – (CH2 ) 4 – CH – CH –COOH CH3 I g) CH3 – CH2 – CH – C – CH – CH3 I II CH2 O I CH3 h) CH3 – CH2 – CH2 – CH – CH2 – CHO I CH3 i) j) 192 CH3 I CH3 – C – C – CH3 I II CH2 O I CH3 OH CH3 I I CH3 – C – CH2 – C – CH2 – CH3 I I CH3 CH3 Compuestos del Carbono Nombre______________________________________________________ AUTOEVALUACIÓN No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________  INSTRUCCIONES: Lee cuidadosamente las siguientes preguntas y selecciona la opción correcta.   1. Tipo de hibridación que se presenta en cada uno de los átomos del siguiente compuesto: CH 3 – CH 2 – CH 3  sp  sp 2  sp 3  sp4 2. Es la representación que adquieren en el espacio los orbitales híbridos sp:  Tetraédrica.  Trigonal.  Lineal.  Cúbica. 3. Es un isómero de cadena del siguiente compuesto: CH3 – CH2 – CH2 – CH3  CH3 – CH2 – CH2 – CH3  CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3  CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH3 I CH3  CH3 – CH – CH3 I CH3 4. Es un grupo pequeño de átomos unidos a una cadena hidrocarbonada, que determina en gran medida las propiedades físicas y químicas de ésta:  Grupo covalente.  Grupo funcional.  Centro funcional.  Radical alquilo. 5. Familia a la que pertenece el siguiente compuesto orgánico: CH3 – CHO  Alcohol.  Amina.  Acido carboxílico.  Aldehído. 193 Química 2 6. Compuesto orgánico que representa a un ácido carboxílico:  CH3 – CH2 – OH  CH3 – CO – CH2 – CH3  CH3 – COO – CH3  CH3 – CH2 – COOH 7. Es una caractarística de los compuestos aromáticos:  En su estructura incluyen sólo átomos de carbono.  Su anillo está formado por 6 átomos de carbono y dobles enlaces alternados.  En su anillo sólo existen enlaces sencillos carbono-carbono.  En su anillo existe al menos un átomo diferente del carbono. 8. Si determináramos el punto de ebullición de los siguientes alcanos, el que tendría un punto de ebullición mayor será:  Butano.  Pentano.  Hexano.  Octano. 9. Es la fórmula química del 2 – metil – pentanal es: CH3 – CH – CH2 – CH2 - CHO I CH3 CH3 – CH2 – CH2 – C - CHO I CH3  CH3 – CH2 – CH2 – CH - CHO I CH3 CH3 – CH2 – CH2 – CH - CHO I CH2 I CH3 10. Es una característica que presentan las aminas: Tienen olor a pescado. Son compuestos insolubles en agua.  Tienen olor a frutas. El punto de ebullición disminuye al aumentar el número de átomos de carbono. 194 Compuestos del Carbono 11. Son compuestos orgánicos que proporcionan olores agradables a flores y frutas. Aldehídos. Ésteres.  Éteres. Alcoholes. 12. La fórmula química del hexonoato de etilo es: CH3 – (CH2)3 – COO – CH2 – CH3 CH3 – CH2 – COO – CH – CH3  CH3 – (CH2)4 – COO – CH2 – CH3 CH3 – (CH2)4 – COO –CH3 13. Es el nombre correcto del siguiente compuesto: CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3 Etil propil éter. Dimetil éter.  Éter propílico. Dietil éter. 14. Es el nombre correcto para el siguiente compuesto: CH3 – CH2 – N – CH3 I CH3 N, N – dimetiletilamina. Metil etilamina.  N, N – dimetilamida. N, N – dietilamina. 15. Una de las aplicaciones de la urea (NH2 – CO – NH2) es: Materia prima para la fabricación de caucho. Como alimento para el humano.  Como fertilizante para las plantas. Como colorante. ESCALA DE MEDICIÓN DEL APRENDIZAJE ¾ Si todas tus respuestas fueron correctas: excelente, por lo que te invitamos a continuar con esa dedicación. ¾ Si tienes de 11 a 14 aciertos, tu aprendizaje es bueno, pero es necesario que nuevamente repases los temas. Consulta las claves de respuestas en la página 259. ¾ Si contestaste correctamente 10 ó menos reactivos, tu aprendizaje es insuficiente, por lo que te recomendamos solicitar asesoría a tu profesor. 195 Química 2 196 Compuestos del Carbono EJERCICIO DE REFORZAMIENTO 1 Nombre______________________________________________________ No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Identifica y encierra en un círculo, el grupo funcional de cada una de las siguientes fórmulas, además escribe a la derecha su nombre correcto. a) CH 3 – CH = CH 2 b) CH 3 – CO – CH 3 c) CH 3 – CH 2 – CH 2 – CH 2 – OH d) CH 3 – NH 2 e) CH 3 – CH 2 – CO – NH 2 f) HC C – CH 2 – CH – CH – CH 3 I I CH 3 CH 3 g) CH 3 – CH 2 – CH 2 - COOH h) CH 3 – CH 2 – CHO i) CH 3 – COO – CH 2 – CH 2 – CH 3 j) CH 2 = C - CH 2 – CH 3 I CH 3 k) CH 3 – CH 2 – CH – CH – NH 2 I I CH 3 CH 3 l) CH 3 – CH 2 – CH 2 – CH 2 – CO – NH – CH 2 – CH 3 m) CH 3 – CH – CH – CH 2 – CH 3 I I OH OH n) CH 3 – CH 2 - CH – O – CH 3 I CH 3 197 Química 2 198 Compuestos del Carbono EJERCICIO DE REFORZAMIENTO 2 Nombre______________________________________________________ No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Aplicando las reglas de nomenclatura de la UIQPA, escribe correctamente el nombre de los siguientes compuestos orgánicos. a) CH 3 – CH 2 COO – ( CH 2 ) 10 – CH 3 b) CH 3 – ( CH 2 ) 7 – C – CH 3 O c) HC C–C C – CH 2 – C CH d) CH 3 – CH 2 – C = CH 2 I CH 2 – CH 2 – CH 3 CH 3 I e) CH 3 – C – CH – CH – CH 3 I I I CH 2 OH OH I CH 3 f) CH 3 I CH 3 – CH – CH – CH – CH 2 – CH 3 I I CH 3 CH 3 g) CH 3 – CH 2 – CH 2 – CH 2 – COOH h) CH 3 – CHO i) CH 3 – CH – CH 2 – CH 3 I Cl j) CH 3 – ( CH 2 ) 5 – CH 2 – NH 2 199 Química 2 k) CH 3 – CH 2 – C – CH 2 – CH 3 O l) 200 CH 3 – CH – CH 3 I Br Compuestos del Carbono EJERCICIO DE REFORZAMIENTO 3 Nombre______________________________________________________ No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Lee el siguiente texto y después contesta las preguntas que vienen al final. * Dentro de la diversidad de compuestos químicos existentes en el planeta, destacan los orgánicos por su número, su complejidad y la asombrosa plasticidad que tienen para remedar a la naturaleza y, a veces, mejorarla a través de sus aportaciones a la biología y la genética. * Los compuestos orgánicos permiten obtene a la industria del vestido fibras textiles que superan al algodón, al lino y a la misma seda por su durabilidad, apariencia y bajo costo de producción; asimismo, presentan la facilidad para obtener y transformar nuevas fibras a partir de las ya existentes, lo que da una variabilidad asombrosa en la síntesis de productos. * Sin embargo, los millones de compuestos químicos orgánicos, entre los que también destacan hormonas semejantes a las que produce el género humano por medio de códigos genéticos, que asimismo son imitadas en laboratorio utilizando, como precursores, moléculas más sencillas, o son sintetizadas por modificación de grupos químicos en laboratorios de investigación farmacológica. * Pero, no son los compuestos orgánicos en si los que permiten hacer ésto; el responsable es un único elemento presente en la tabla periódica, ubicado en el segundo período y en el grupo IV, o modernamente en el grupo 14. Si, el elemento citado es el carbono. * El carbono por sí solo, es el único elemento que se presenta en más de un estado de agregación en la naturaleza, como grafito, como diamante y como estructura esférica de 60 carbonos, llamada fullereno, descubierta apenas en 1985. * El carbono con un punto de fusión de 4,100 grados centígrados y 4,827 grados centígrados de punto de ebulliciónr y apenas un 0.018% de abundancia en la corteza terrestre, ha permitido al hombre el cambio de su forma de vida durante la parte final del siglo XIX y todo el XX. El carbono, a partir de la química de fullerenos, se perfila como el gran protagonista de la transformación de la calidad de vida para el hombre en el siglo XXI. * Cuando se revisan todas las posibilidades del carbono, se explican en términos de ¿qué es el carbono? * Es único elemento en el planeta que puede formar interminables cadenas consigo mismo, siempre a través de cuatro enlaces químicos que pueden unirse, además de consigo mismo, con casi cualquier átomo de la tabla periódica, donde destacan el oxígeno, el nitrógeno, el azufre y los halógenos. 201 Química 2 * La mayor parte de las propiedades del carbono radica en el tipo de enlaces químicos que puede formar y que son predominantemente covalentes y en sólo cuatro enlaces, sean sencillos, dobles o triples, carbono a carbono; si, en sólo cuatro enlaces; ésa es la magia de la tetravalencia. * Aun cuando actualmente se exploran las posibilidades de otros elementos – como el silicio, que es de la familia del carbono y, por lo tanto, tetravalente, y la gran cantidad de polímeros y siliconas obtenidos a través de él y del boro, el llamado quinto elemento, que promete mucho - por el momento es imposible pensar en sustituìr al carbono como protagonista de todo lo que de la modernización que se tiene en ésta época, en construcciones, en polímeros, en alimentos y todo lo imaginable en donde, sin duda, se encontrará el átomo de carbono. Preguntas: 1. ( a) b) c) d) e) Las aportaciones de los compuestos orgánicos a la vida humana. Los elementos que pueden sustituír al carbono en caso de su agotamiento como recurso natural. Cómo la naturaleza puede ser fácilmente imitada a través de la química orgánica. La importancia del carbono como el elemento fundamental para la química orgánica. Cómo, a través de la investigación química, se descubrieron los fullerenos. 2. ( a) b) c) d) e) ) ¿Cuál de las siguientes actividades no se menciona en el texto? Síntesis orgánicas de hormonas sintéticas. Desarrollo de boranos. Exploración de las posibilidades de nuevos productos a partir de fullerenos. Investigación farmacológica. Síntesis de sustancias orgánicas. 3. ( a) b) c) d) e) ) El propósito de éste texto es describir: ) Al utilizar el carbono como base de los polímeros, los químicos: Tienen controlada la variabilidad de comportamientos químicos Pueden predecir las propiedades físicas y químicas de los compuestos resultantes. Tienen el riesgo de producir sustancias nocivas para el hombre y el medio ambiente. Con trolan la posibilidad de que surjan factores adversos a la producción de polìmeros. Aprovechan la sencillez del elemento para obtener moléculas complejas. 4. ( ) Al referirse al carbono, la lectura menciona que: a) Sus constantes físicas se mantienen aún después de formar polímeros. b) La simplicidad de la tetravalencia es responsable de los millones de compuestos orgánicos conocidos. c) La existencia de compuestos orgánicos se debe a la variabilidad del comportamiento de las propiedades del carbono. d) Todos los actuales compuestos pronto serán sustituídos por derivados de los fullerenos. e) Pronto será sustituído por el silicio y el boro. 202 Compuestos del Carbono 5. ( a) b) c) d) e) ) La idea central del texto es la: Transformación química del carbono. Química orgánica. Magia de la tetravalencia del carbono. Importancia de carbono en la síntesis de telas sintéticas. Tecnología aplicada al carbono. COMPARA TUS RESPUESTAS CON LAS DE TUS COMPAÑEROS Después de la lectura anterior, intégrate a un equipo de trabajo y abran conversaciones para redactar un informe que incluya lo siguiente: 1. La importancia que creen que tiene la química orgánica y qué hacen los químicos para y por la sociedad. 2. La idea principal del artículo. 3. La manera en que están relacionados los químicos con el medio ambiente. 4. Los avances químicos importantes para la economía de un país en desarrollo como el nuestro. 5. Lo que creen que pasaría si en el año 2010 se agotaran las posibilidades de obtener hidrocarburos que sirvan de base para usos químicos e industriales. 6. Cómo decidirían usar los hidrocarburos y qué criterio recomendarían para desarrollar sustitutos de éstos. Además, como equipo deben: a) Exponer en clase sus conclusiones y sostener sus ideas en un debate b) Obtener una conclusión general del grupo que armonice las conclusiones particulares de cada equipo. 203 Química 2 204 Unidad 4 MACROMOLÉCULAS Objetivos: El alumno: • Reconocerá la estructura química básica de las macromoléculas naturales, identificándolas como sustancias de importancia biológica, y de las macromoléculas sintéticas describiendo los procesos de preparación, valorando con una postura crítica y responsable su participación en los procesos vitales y su impacto en la sociedad actual. Almidón y proteínas, que han servido de alimento a la humanidad por muchos siglos; madera, que ha proporcionado abrigo; lana, algodón, seda, que han servido para fabricar ropa. Juguetes de poliestireno, utensilios de cocina recubiertos de teflón, camisas de fácil cuidado hechas de dacron, suéter de lana, alfombras de nylon, pelucas de acrílico, neumáticos de caucho y cojines de vinilo. ¡Los polímeros están en todas partes! Temario: • Importancia de las macromoléculas naturales. • Macromoléculas sintéticas. Química 2 Evaluación diagnóstica de conocimientos previos Antes de iniciar ésta unidad elabora, con los siguientes conceptos, un mapa conceptual y muéstralo a tu profesor cuando te los solicite: • • • • • • • • Molécula Macromolécula Carbohidratos Proteínas Ácidos nucleicos Lípidos Hormonas Polisacáridos MACROMOLÉCULAS. Mira a tu alrededor, donde quiera que mires hay polímeros. Tu ropa está hecha de polímeros; en tu auto, el tablero de instrumentos, los neumáticos, el volante, los tapetes del piso, el techo y muchas partes más que no puedes ver están hechas de polímeros. En casa las alfombras, las cortinas, los tapices, las toallas las sábanas, la loseta del piso, los libros, los muebles y casi todos los juguetes y recipientes, teléfonos, cepillos de dientes y teclas de piano están hechas de polímeros. El término macromolécula o polímero, se aplica a las sustancias de peso molecular elevado que están compuestas por un gran número (normalmente y como mínimo 100) de unidades de peso molecular pequeño o monómeros. Algunos de estos polímeros son de origen natural, pero muchos son sintéticos, fabricados en plantas químicas con el propósito de mejorar lo natural de alguna manera. Los polímeros son una clase extremadamente importante de compuestos químicos. Gran parte de los alimentos que ingerimos son polímeros, y muchas moléculas importantes de nuestro organismo como los carbohidratos, lípidos y proteínas, también lo son. “No podríamos vivir sin polímeros” 206 Macromoléculas Macromoléculas Se refiere a Moléculas con 10 000 uma Forman Polímero Formada por Nylon Polietileno Como Moléculas más pequeñas llamadas monómeros Polimerización de adición Polimerización de condensación Los cuales al unirse forman polímeros, que pueden ser Se obtienen mediante Polímeros naturales Polímeros sintéticos Como Carbohidratos Lípidos Proteínas 207 Química 2 4.1. IMPORTANCIA DE LAS MACROMOLÉCULAS NATURALES. ¿Has conocido algún artículo o reportaje tratando algunos de los temas mencionados a continuación? Para saber más y enriquecer el tema, visita el sitio: http://omega.olce.edu. mx:3000/sites/ciencia/v olumen2/ciencia3!072/ htm/sec_7.htm TAREA 1 Página 235. TAREA 2 - Desnutrición infantil. Ateroesclerosis; responsable de tasas muy altas de mortalidad e invalidez. El colesterol es una sustancia indispensable para la vida del ser humano. Diabetes y obesidad. ¿Has escuchado comentarios acerca de los mismos o de sus consecuencias? Los programas de televisión, los periódicos y las revistas científicas, regularmente proporcionan noticias relacionados con el tema de las biomoléculas o macromoléculas naturales. Seguramente, el contenido de esta sección, te ayudará a entender y disfrutar los artículos sobre el progreso de la medicina y la Biología para que sigas investigando hasta formarte una concepción más profunda de lo que es la vida. La química orgánica podría llamarse la química de la vida. En este tema aprenderás cómo algunos compuestos orgánicos, pueden encontrarse en los alimentos, como los carbohidratos y los lípidos que son generadores de energía y las proteínas que forman parte de los músculos, que hacen posibles nuestros movimientos. El hallazgo de la estructura de las proteínas y los ácidos nucléicos dio un sustento básico a la Biología Molecular. Página 237. TAREA 3 Página 239. 208 Macromoléculas 4.4.1. Carbohidratos Para vivir, crecer y llevar a cabo sus funciones, el cuerpo humano necesita energía que obtiene sólo de 3 clases de compuestos: carbohidratos, lípidos y proteínas. Los Carbohidratos también se denominan glúcidos o azúcares. Deben su nombre al hecho de estar formados por carbono, hidrógeno y oxígeno. Fórmula general: CnH2nOn ejemplo: C5H10O5 Carbohidratos Modelo de carbohidratos . Constituidos por C, H , O Químicamente, se definen como Políhidroxialdehidos y políhidroxicetonas y sus derivados. Sirven como se clasifican en Fuente de energía para todas las actividades celulares vitales simples complejos Son: Son: azúcares de rápida absorción y energía inmediata Ejemplos monosacáridos Ázucares de absorción más lenta, y actúan como energía de reserva Ejemplos Como Como glucosa Polisacáridos Disacáridos Sacarosa Almidón 209 Química 2 La galactosa, que es un azúcar común de la leche, constituye una entrada al fascinante mundo de las macromoléculas naturales (biomoléculas). Algunos bebés sufren transtornos graves en los tejidos (galactosemia) debido a que han heredado una incapacidad para asimilar la molécula de galactosa cuya estructura se presenta en la página (19). ¿Cuántos átomos de carbono puedes contar en la molécula de galactosa?________, ¿Cuántos hidrógenos?____________¿Cuántos oxígenos?_________ ¿Éstos valores van de acuerdo a su fórmula general?__________ ¿Cuál es su fórmula molecular?____________. EJERCICIO 1 Con base a la investigación realizada observa cuidadosamente las estructuras de la D-glucosa y D- galactosa y traza un círculo alrededor del grupo de átomos cuya disposición hace que sean diferentes y plásmalas en este espacio. Dos monosacáridos que se diferencian por la posición de un solo oxidrilo, se denominan efímeros. Ejemplo: la D-Glucosa y la D. galactosa. Si son imágenes o reflejo de espejo entre sí se denominan enantiómeros. Ejemplo: la D-glucosa y la L-glucosa. Para saber más y enriquecer el tema, visita el sitio: http://apuntes_universidad/biq uimica/estructura_macromole culas Los compuestos de la serie L son la imagen en espejo de su correspondiente de la serie D. Los seres vivos utilizan ampliamente los monosacáridos de la serie D; en cambio los de la serie L tienen poca importancia. 210 O O H - C - OH I HO - C - H I H - C - OH I H - C - OH I CH2 OH \\ H– C I HO ─ C – H I H – C – OH I HO ─ C ─ H I HO ─ C ─ H I HO2HC D- glucosa L. glucosa // C–H Macromoléculas Toma como guía el ejemplo anterior y desarrolla los enantiómeros de la EJERCICIO 2 galactosa. Compáralos con los de tus compañeros y llévalos a revisión a tu profesor. EJERCICIO 3 Para transformar la glucosa en galactosa (el azúcar que causa daño a los bebés que heredaron la incapacidad de aprovecharlo), simplemente cambie el H- y el HO – en el cuarto C de la glucosa en la misma posición que el tercer carbono. Consulta la estructura de la glucosa y luego representa la galactosa. 4. Estructuras cíclicas α y β. Las aldosas en forma cerrada pueden apreciarse de dos formas, si su oxidrilo del carbono número uno va hacia abajo, la posición se denomina alfa (α), si va hacia arriba, la posición se denomina beta (β). 6 6 CH2OH CH2OH 5 H C4 C O H OH H OH C 3 H 2 C OH α- glucosa 5 1 O C H H C H C 4 OH OH OH C 3 H H 2 C OH 1 C carbono anomérico H OH β- glucosa Los compuestos α y β se denominan anómeros. Su diferencia radica en la posición del OH en el primer carbono, por lo que este carbono recibe el nombre de anomérico. Las cetosas también presentan estas dos variedades. En la estructura, si el OH u oxidrilo del segundo carbono queda hacia abajo, se denomina α, si lo hace hacia arriba, se denomina β. En las cetosas el segundo carbono es el carbono anomérico. Ejemplo; α - fructosa y β -fructosa. Observaste que la única diferencia entre estas estructuras es la posición del OH en el carbono uno. 211 Química 2 El realce negro es sólo para mostrar que la molécula es tridimensional; lo que se observa dentro del anillo en realidad se encuentra arriba y lo de afuera hacia abajo del anillo. o HOH2 C 6 5 H CH2OH 1 2 H HO 3 4 OH OH H α-fructosa EJERCICIO 5 Considerando la observación anterior, construye la fórmula de β-fructosa compárala con la de tus compañeros y preséntala al profesor para su revisión. La ribosa y desoxirribosa. Existen también en forma abierta y cerrada α y β que están en equilibrio. Ribosa y Desoxirribosa. Estos monosacáridos son importantes, ya que forman parte de la estructura de los ácidos nucléicos: ribosa (ARN) y desoxrribosa (ADN). o 5 HOCH2 H 4 1 H H HO H 2 3 OH OH o 5 HOCH2 OH 4 Estructura abierta de la Ribosa H 1 H HO 212 α-Ribosa H 3 2 OH H β-Ribosa Macromoléculas Disacáridos La glucosa y la fructosa son azúcares simples o monosacáridos y se pueden encontrar en las frutas, las verduras y la miel. Cuando se combinan dos azúcares simples se forman los disacáridos. El azúcar de mesa o sacarosa es una combinación de glucosa y fructosa que se da de forma natural tanto en la remolacha y la caña de azúcar. La lactosa es el azúcar principal de la leche y los productos lacteos y la maltosa es un disacárido de la malta. CH2OH H HO CH2OH o H H H H o OH H H OH o OH H H OH H OH Estructura de la maltosa Observa cómo el C1 de la αglucosa se une al C4 de otra glucosa formándose el enlace α-1,4 glucosídico característico. 6 HOCH2 HO H HOCH2 o H o H OH H H OH o 5 H H 1 4 H OH 3 2 H OH Estructura de la lactosa o 5 H H H OH Observa cómo el C1 de la β galactosa se encuentra unido al C4 de la α glucosa. Formando el enlace β-1,4glucosídico H 4 1 HO H OH 3 2 OH H HOCH 2 5 H O o 6 OH H 4 OH 3 2 CH2OH 1 H Observa cómo el C1 de la α glucosa se encuentra unido al C2 de la β fructosa formando el enlace característico. Estructura de la sacarosa 213 Química 2 Integrando lo que has aprendido sobre disacáridos completa la siguiente tabla. EJERCICIO 6 Disacárido Formado por unión de Maltosa Con enlace glucosídico Alfa-1,4 Sacarosa Glucosa + fructosa Galactosa + glucosa Beta-1,4 Polisacáridos. Son cadenas largas de monosacáridos, de varios cientos o miles y que pueden ser ramificados o lineales. Sus funciones son estructurales y fuentes de energía de reserva. Los polísacaridos más importantes desde el punto de vista fisiológico y nutricional son: almidón, glucógeno y celulosa. Almidón. El pan, la harina, los cereales y las pastas son ricos en almidones. Se encuentra sólo en las plantas, en forma de gránulos en la semilla, frutas y raíces. El almidón es el carbohidrato de reserva de energía de las plantas. Está formado por una mezcla de amilosa y amilopectina. La amilosa (15 a 20%) está formada por unidades de glucosas en “cadena lineal”, donde cada glucosa se une con enlace α - 1, 4 – glucosídico. CH 2OH ... O O CH 2 OH O O CH2OH CH 2OH O O O Enlace α - 1,4 – glucosídico AMILOSA 214 OH O Macromoléculas La amilopectina (80 a 85%) también es una estructura formada por moléculas de glucosas unidas por enlaces α - 1, 4 glucosídicos, pero también tiene unidades de glucosas unidas con enlaces α - 1, 6 – glucosídicos, cada 25 a 30 glucosas en forma lineal, Lo que hace que la estructura presente ramificaciones. CH2OH O CH 2 OH O O CH2 OH H O O CH 2OH O O H O CH2OH 30 CH2OH O AMILOPECTINA O O O Glucógeno Es el carbohidrato de reserva de los animales. La glucosa que sobra en un organismo animal se utiliza para elaborar glucógeno y almacenarlo en el hígado y músculos. La síntesis y degradación del glucógeno es muy rápida, por lo que el glucógeno se utiliza como energía de reserva de “emergencia” para salir de estados de tensión o de peligro. El glucógeno tiene la misma estructura que la amilopectina. La diferencia es que el glucógeno es más ramificado, porque presenta un enlace - 1, 6 glucosídico cada 7 glucosas (10 – 18 glucosas). Celulosa La celulosa es un carbohidrato estructural y no de reserva de energía. Su estructura se forma por glucosas unidas mediante enlaces β - 1, 4 glucosídico. Esto hace que sea insoluble en agua y muy estable al grado de que no se pueda hidrolizar, por lo tanto, no digerible para el hombre. 215 Química 2 CH2OH CH2OH O O CH2OH OH O O CH2OH O O O OH Enlace β - 1,4 – glucosídico GLUCOSÓDICO EJERCICIO 7 Escribe una oración que exprese la relación entre los términos que siguen: Almidón, glucosa cíclica o abierta, celulosa, polímero. EJERCICIO 8 “Sacárido” tal vez te recuerde “Sacarina”, la marca de un “azúcar artificial” (edulcorante). Sin embargo es utilizado para nombrar los eslabones de azúcares naturales. ¿Cómo definirías un polímero de azúcar utilizando el término referido? ¿y cada eslabón sencillo, cómo lo llamarías? 216 Macromoléculas 4.1.2. Lípidos Los lípidos son otra categoría de macromoléculas orgánicas, tan importante como los carbohidratos para los seres vivos. Estos compuestos, a pesar de estar constituidos básicamente de C, H y O al igual que los carbohidratos, no se pueden definir en base a su estructura, ya que existe una gran diversidad de ellos con propiedades diferentes. Se definen más bien en base a sus características químicas como su polaridad o solubilidad en solventes orgánicos e insolubles en agua. Lípidos Se clasifican en Triglicéridos o grasas neutras Ácidos grasos Pueden ser S a t u r a d o s Fosfolípidos Esteroides Se clasifican en I n s a t u r a d o s M a n t e c a A c e i t e C e r a s 217 Química 2 1. Ácidos Grasos. Son los lípidos más sencillos, son ácidos orgánicos de cadena abierta, que contienen el grupo carboxilo (-COOH) en uno de sus extremos. Se encuentran en muy pequeñas cantidades en forma libre en células y tejidos, lo más común es que se encuentren esteríficados formando parte de lípidos más complejos. Se les puede clasificar en insaturados y saturados según tengan o no dobles ligaduras. EJERCICIO 9 Con base a la investigación realizada escribe la fórmula general que representa a los ácidos grasos saturados e insaturados así como, un ejemplo de cada uno de ellos. Fuentes naturales de ácidos grasos insaturados importantes Fuente Aceite de maíz Semilla de algodón Soya Cacahuate El cuadro es poco común ya que el requerimiento es pequeño: 6 a 7 gramos diarios de AGI y por lo general existen reservas en el tejido adiposo. EJERCICIO 10 % de ácido oléico 45 % de ácido araquidónico 45 2–5 Desarrolla las estructuras del ácido linolénico y araquidónico y señala sus insaturaciones indicando el número de carbono donde se presentan. Ácido graso indispensable Linolenico Araquidónico 218 % de ácido linoléico 34 – 42 40 – 50 50 - 62 No. C (=)s en C Estructura Macromoléculas 2. Triglicéridos. Esta segunda clase de lípidos recibe el nombre de triglicéridos o grasas neutras. Actualmente se les llama correctamente triacilgliceroles, haciendo énfasis en su composición. Una molécula de glicerol con tres ácidos grasos esterificados. CH2 – OH H OOCR I CH2 – OH + HOOCR’ I CH2 – OH HOOCR’’ Glicerol + 3 ácidos grasos de un CH2 – COOR I CH – COOR’ I CH2 – COOR’’ Fórmula general triglicérido CH2 – COO –R I CH – COO – R’ I CH2 – COO – R’’ Dentro de este grupo se incluyen las mantecas, aceites y ceras. Mantecas. Son triglicéridos sólidos a temperatura ambiente que contienen ácidos grasos saturados y son de origen animal. Aceites. Son triglicéridos líquidos a temperatura ambiente contienen ácidos grasos insaturados y son de origen vegetal. Ceras. Se forman por la especifación de un ácido graso y un alcohol de cadenas largas. Son químicamente inertes por su insolubilidad en agua, sirven para proteger a las plantas contra pérdidas de agua, las ceras desempeñan un papel importante al suministrar una barrera contra el agua, insectos, aves y otros animales. La crema, mantequilla y margarina, aceite para cocinar y alimentos fritos son ricos en grasas. EJERCICIO 11 Con base a la investigación realizada escribe la fórmula general que representa a una manteca, aceite y cera mencionado las diferencias en cuanto su estructura. 219 Química 2 3. Fosfolípidos. Son lípidos complejos que incluyen ácido fosfórico, y bases nitrogenadas. Los más importantes son: lecitina, cefalina y la cardiolipina. Función. Los fosfolípidos asociados a proteínas forman la membrana celular y subcelular, es decir, intervienen en la selección y transporte de sustancias hacia adentro (nutrientes) y hacia fuera (productos de excresión) de la célula, además confieren individualidad y límite a cada célula. EJERCICIO 12 Con base a la investigación realizada escribe la fórmula de la lecitina, cefalina indicando cuál es la parte hidrofobica e hidrofilica en cada molécula. 4. Esteroides. Los esteroides son lípidos de grandes dimensiones, sus estructuras se caracterizan generalmente por un esqueleto policíclico de carbonos, en donde el grupo alcohol, el grupo ceto y los dobles enlaces son comunes. Representación diagramático del núcleo base de los esteroides. 220 Macromoléculas Los esteroides más importantes son: 1. Colesterol. Es el más importante por ser el más abundante, se halla en casi todos los tejidos animales sobre todo en el cerebro, médula espinal y en cantidad moderada en el riñón y la epidermis mezclado con las grasas de todos los animales. Los alimentos que más lo contienen son el huevo y el camarón. Niveles altos en la sangre están relacionados con la arterosclerosis (más de 200 mg/dL). 2. Cortisona. Es una de las 28 hormonas que produce la corteza de la glándula suprarenal, es importante para el control del metabolismo de los carbohidratos y además resulta eficiente para aliviar los sistemas de la artritis reumática. 3. Ácido biliar o Ácido cólico. Se halla en la bilis en forma de sal de sodio, está junto con otras sales formando el jugo biliar o bilis, que actúan como poderosos emulsificadores de los lípidos durante la digestión. 4. Testosterona. Es la hormona sexual masculina que regula el desarrollo de los órganos reproductores y las características sexuales secundarias en el hombre. 5. Progesterona. Es una hormona femenina muy importante durante el embarazo y en la regulación del ciclo menstrual. 6. Estradiol (Estrógeno). Es una hormona que regula el ciclo menstrual. Realiza una investigación bibliográfica de los principales esteroides y completa sus fórmulas químicas utilizando el núcleo básico; anexa las alteraciones metabólicas que puedan ocasionarse. A partir del núcleo básico de los esteroides completa la estructura de los siguientes compuestos: Colesterol EJERCICIO 13 Testosterona Progesterona 221 Química 2 EJERCICIO 14 Realiza una investigación bibliográfica y contesta lo que se te pide. ¿Qué diferencia estructural hay entre las dos moléculas de hormonas sexuales representadas en el ejercicio anterior que realizaste? ¿Qué diferencias produce esta pequeña modificación molecular en la vida de los seres humanos? Discútelo con tus compañeros y comenta tus conclusiones al resto del grupo. 4.1.3. Proteínas ¿Qué hace que un cabello sea rizado o lacio? ¿Cuál es la causa de que la sangre se coagule? ¿Qué es lo que ataca los gérmenes en el cuerpo y rechaza el transplante de corazón? ¿Qué es lo que acarrea el oxígeno en la sangre, estimula el crecimiento, deriva energía del azúcar para el movimiento muscular, o construye el hueso? Un grupo de moléculas figura en las respuestas a todas estas preguntas: las proteínas. El nombre proteína proviene de la palabra griega proteios, que significa lo primero. Entre todos los compuestos químicos, las proteínas deben considerarse ciertamente como las más importantes, puesto que son las sustancias de la vida. Desde un punto de vista químico son polímeros grandes o son poliamidas y los monómeros de los cuales derivan son los aminoácidos. Una sola molécula de proteína contiene cientos e incluso miles de unidades de aminoácidos, las que pueden ser de unos veinte tipos diferentes. El número de moléculas proteínicas distintas que pueden existir, es casi infinito. Es probable que se necesiten decenas de miles de proteínas diferentes para formar y hacer funcionar un organismo animal. 222 Macromoléculas Proteínas su composición química es C, H, O, N Están formadas por unidades llamadas Aminoácidos Proteínas Sus funciones son Grupo Amino Grupo Ácido H I H2N – C – COOH I R Cuya fórmula general es Defensa Como nutrientes y proteínas de almacenaje. se unen por se clasifican en Proteínas contráctiles y móviles. Esenciales No puede sintetizarlos el organismo Enzimática Enlaces Pépticos No esenciales Sí los sintetiza el organismo Ejemplos Ejemplos Como transporte de sustancias. Estructural Reguladoras • • • • • • • • • Isoleucina Leucina Lisina Metionina Fenilalanina Tirosina Treonina Triptofano Valina • • • • • Alanina Arginina Asparagina Ac. Aspártico Ac. Glutámico • Glutamina • Glicina • Histidina • Cisteína 223 Química 2 Formación de un Enlace Peptídico Un aminoácido une a otro mediante la eliminación de una molécula de agua, que se crea del OH del primer aminoácido, más el H del segundo aminoácido. La separación de los aminoácidos, se realiza mediante rehidratación H O I II H2N – C – C I R H I +H– N–C–C I OH R Aminoácidos-1 O OH aminoácidos-2 H2O H O H I II I H2N –C – C – N – C – C I I I R H R O OH Enlace Peptídico Una proteína es un polipéptido formado por 50 o más aminoácidos 224 Un conjunto de dos o más aminoácidos se unen de la misma manera formando polipéptidos Macromoléculas Estructura de las proteínas Se forman por Cuatro niveles estructurales primaria Secundaria es es La disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio estable La secuencia de aa. De la proteína que nos indica que aa. Compone la cadena polipetídica y el orden en que dichos aa. Se encuentran Por ejemplo Como son La conformación beta La hélice-(alfa) Por ejemplo: Por ejemplo Por lo tanto La función de una proteína depende de su secuencia y de la forma que ésta adopte. Por lo tanto La formación de enlaces de hidrógeno entre el C=O de un aminoácido y el – NH- que le sigue En esta disposición los aa no forman una hélice sino una cadena en forma de zig-zag. 225 Química 2 Estructura de las proteínas Continuación Terciaria es es La disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre la misma, originando una conformación globular. Por ejemplo Por lo tanto Esta conformación globular facilita la solubilidad en agua y así realiza funciones de transporte, enzimáticas y hormonales. 226 Cuaternaria La unión, mediante enlaces débiles (no convalentes) de varias cadenas polipeptídicas con estructura Por ejemplo Por lo tanto El número de monómeros varía desde dos, cuatro o muchos que consta de 60 unidades proteicas Macromoléculas Proteínas Se clasifican en Holoproteínas Heteroproteínas Las cuales Están formadas solamente por aminoácidos se dividen en dos tipos fibrosas Globulares como por ejemplo Zeína(maíz) Gliandina(trigo Hordeína(cebada Prolaminas L A S C U A L E S S O N prolactinas Albúminas Hormonas Enzimas E J E M P L O S Glutenina(trigo) Orizanina(arroz) Seroalbúmina (sangre) Ovoalbúmina (huevo) lactoalbúmina (leche) Insulina, hormona del crecimiento, prolactina. L A S C U A L E S colágenos queratinas elastinas S O N fibroínas E J E M P L O S En tejidos conjuntivos y cartilaginosos En pelos, uñas, plumas y En tendones y vasos sanguíneos En hilos de seda (araña, insectos) Hidrolasas, oxidasas, ligasas, liasas 227 Química 2 Heteroproteínas Las cuales Están formadas por una fracción proteínica y por un grupo no proteínico, que se denomina grupo prostético E n t r e e l l a s e s t á n Ribonucleasa mucoproteínas, anticuerpos, Glucoproteínas Lipoproteínas Nucleoproteínas Cromoproteínas E j e m p l o s De alta, baja y muy baja densidad, que transportan lípidos en la sangre Nucleosomas de la cromatina, ribosomas Hemoglobina, hemocianina y mioglobina, que transportan oxígeno Citocromos, que transportan electrones 228 Macromoléculas Propiedades de las proteínas. 1. Especificidad La especificidad se refiere a la función, ya que cada una lleva a cabo una determinada función y la realiza porque posee una determinada estructura primaria y una conformación espacial propia, un cambio en la estructura de la proteína puede significar una pérdida de su función. Además, no todas las proteínas son iguales en todos los organismos, cada individuo posee proteínas específicas que se ponen de manifiesto en los procesos de rechazo de órganos transplantados. La semejanza entre proteínas proviene de un grado de parentesco entre individuos, por lo que sirve para la construcción de árboles filogenéticos. 2. Desnaturalización Funciones específicas de las proteínas. Consiste en la pérdida de la estructura terciaria, por romperse los puentes que forman dicha estructura. Todas las proteínas desnaturalizadas tienen la misma conformación, muy abierta y con una interacción máxima con el disolvente, por lo que una proteína soluble en agua, cuando se desnaturaliza, se hace insoluble en agua y precipita. La desnaturalización se puede producir por cambios de temperatura (huevo cocido o frito) o por variaciones del pH. En algunos casos, si las condiciones se restablecen, una proteína desnaturalizada puede volver a su anterior plegamiento o conformación, proceso que se denomina renaturalización. EJERCICIO 15 Cocinar un huevo transforma las albúminas de la clara de unas formas que se deslizan unas sobre otras en un líquido viscoso, en forma que se unen para formar una masa semisólida, así que cocinar un huevo probablemente significa cambiar la estructura de las proteínas de la clara de la forma _________________________ a la forma ___________________________ globular/fibrosa Globular/fibrosa 229 Química 2 Funciones y ejemplos de proteínas de acuerdo con el mapa conceptual de proteínas. En este esquema se muestran ejemplos de cada una de las funciones. ƒ ƒ Estructural ƒ ƒ ƒ TAREA 4 ƒ Son las más numerosas y especializadas y actúan como biocatalizadores de las reacciones químicas. ƒ ƒ ƒ ƒ Insulina y glucagón. Hormona del crecimiento. Calcitonina. Hormonas tropas. Defensiva ƒ ƒ Inmunoglobulina. Trombina y fibrinógeno. Transporte ƒ ƒ ƒ Hemoglobina. Hemocianina. Citocromos. Reserva ƒ ƒ ƒ Ovoalbúmina, de la clara de huevo. Gliadina, del grano de trigo. Lactoalbúmina, de la leche. Enzimática Página 241. Hormonal TAREA 5 Página 243. Como las glucoproteínas que forman parte de las membranas. Las histonas que forman parte de los cromosomas. El colágeno del tejido conjuntivo fibroso. La elastina del tejido conjuntivo elástico. La queratina de la epidermis. TAREA 6 Página 245. EJERCICIO 16 230 Todas las células dependen, para su vida, de las proteínas globulares que actúan en las soluciones fluidas. ¿Qué supones que ocurriría si las células humanas se sumergieran en agua caliente, ácido o alcohol? Discútelo con tus compañeros y presenta tus conclusiones al profesor. Macromoléculas 4.2. MACROMOLÉCULAS SINTÉTICAS. Los químicos suelen describir los polímeros como macromoléculas (del griego makros, que significa “grande o “largo”). Las macromoléculas pueden no parecer grandes al ojo humano (de hecho, muchas de estás moléculas gigantes son invisibles), pero si las comparas con otras moléculas resultan enormes. “Gigantes entre las moléculas” Un polímero es tan diferente de su monómero como una larga hebra de espagueti, lo es respecto a las pequeñísimas partículas de harina. Por ejemplo, el polietileno, es tan conocido material que se usa para hacer bolsas de plástico, se fabrica a partir del monómero etileno, que es un gas. Clasificación de los polímeros según sus propiedades físicas. Polímeros termoplásticos. Son aquellos que se pueden ablandar por medio de calor para después alterar su forma, ejemplo el polietileno y el cloruro de polivinilo (PVC). Muchos plásticos comunes son termoplásticos: se pueden fundir y moldear, y esto se puede hacer una y otra vez. Sin embargo, no todos los plásticos se pueden fundir con facilidad. Alguno de ellos son termofijos. Polímeros termofijos. Son aquellos que se endurecen de manera permanente cuando se forman. Estos materiales no se pueden ablandar con calor y moldear de nuevo. Ejemplo; formica y baquelita. Polimerización. Es un proceso químico por el cual, mediante calor, luz o un catalizador, se unen varias moléculas de un compuesto, generalmente de carácter no saturado llamado monómero, para formar una cadena de múltiples eslabones, moléculas de elevado peso molecular y de propiedades distintas llamadas macromoléculas o polímeros. En 1922, el quimico alemán Hermann Staudinger comienza a estudiar los polímeros y en 1926 expone su hipótesis de que se trata de largas cadenas de unidades pequeñas unidas por enlaces covalentes. En 1953 recibió el Premio Nobel de Química por su trabajo. Tipos de reacciones de polimerización. Hay dos reacciones generales de polimerización: la de adición y la condensación. En la polimerización por adición las unidades de construcción (o monómeros) se adicionan unas a otras de tal manera que el producto polimérico contiene todos los átomos de los monómeros iniciales. Un ejemplo de esto es la polimerización del etileno para formar polietileno. El primer polímero totalmente sintético se obtuvo en 1909, cuando el químico belga Leo Hendrik Baekeland fabrica la baquelita a partir de formaldehído y fenol. CH2 = CH2 ETILENO 231 Química 2 Por medio de presión y calor en presencia de un catalizador se logra que las moléculas de etileno se unan entre sí y formen cadenas largas. La polimerización se puede representar por la reacción de unas pocas unidades monoméricas. … + CH2 = CH2 + CH2 = CH2 + CH2 = CH2 + CH2 = CH2 + … CH2CH2 – CH2CH2 – CH2CH2 – CH2CH2 – CH2CH2 El propileno y el polietileno son dos de los termo plásticos más utilizados. Los puntos suspensivos (…) y las tildes ( ) representan una serie de etcéteras: indican que el número de monómeros y la estructura del polímero se extienden en ambos sentidos por medio de muchas unidades. Polímeros de Condensación. Al hacer un polímero de condensación, una parte de la molécula de monómero no se incorpora al polímero final. Normalmente, durante una polimerización por condensación se expulsa una molécula de agua por ejemplo: la formación de nylon 6. El monómero de este tipo de nylon es un ácido carboxílico con un grupo amino es el sexto átomo de carbono, el ácido-6-amino hexanóico. La polimerización consiste en la reacción del grupo carboxilo de una molécula de monómero con el grupo amino de otra. Esta reacción produce un enlace de amida que liga entre sí las unidades con las que se construye en el polímero final. O H O II I II …+ HO - CCH2CH2CH2CH2CH2N – H + HO – C CH2CH2CH2CH2 CH2N-H+… I O H O H II II II I –C CH2CH2CH2CH2CH2N – C CH2CH2CH2CH2CH2N–H + … + nH2O 232 Macromoléculas Macromoléculas Sintéticas Son sustancias cuyas moléculas Son gigantes, formadas por miles e incluso millones de átomos que son el resultado de la unión de muchísimas unidades simples, siendo esta unión fácil de romper, a veces por un simple calentamiento de la sustancia Se obtienen por el proceso de Polimerización, es decir, la unión de pequeñas moléculas (monómeras) para formar moléculas mayores (polímeras) se dividen en β Polimeración de adición se producen entre Monómeros con enlaces dobles o triples. En el momento debe haber, como mínimo, dos enlaces no saturados, pues si sólo hay uno, no se produce la polimerización 1° La apertura del enlace no saturado y formación de un radical mediante la absorción de energía. 2° Reacción de adición del radical con otro monómero, formándose un nuevo radical y repitiendo el proceso por ejemplo La formación del caucho por poliadición de moléculas de isopreno (2 metil butadieno). de la misma manera por ejemplo Dos moléculas de isopreno se rompe uno de los dobles enlaces de la primera y se reorganizan los átomos dando la siguiente molécula CH2=C – CH=CH2+CH2=C –CH=CH2 I I CH3 CH3 ISOPRENO A partir de n moléculas de isopreno se forma el caucho CH3–C=CH–CH2–CH=C–CH=CH2 I I CH3 CH3 ISOPRENO 233 Química 2 β Polímeración de condensación Al unirse los Monómeros con enlaces dobles o triples. En el monómero debe haber como minímo dos enlaces no saturados, pues si sólo hay uno no se produce la polimerización. Por ejemplo La condensación entre moléculas de glicol (etano-diol) para formar polietilenglicol Con la fórmula: H2O H2O OH – CH2 – CH2 - OH + OH – CH2 – CH2 – OH + OH – CH2 – CH2 – OH + n…. Glicol Glicol Glicol OH – CH2 - [CH2 – O – CH2 – CH2 – CH2 – O –CH2]n – CH2 – OH + nH2O Polietilenglicol n(CH2 = C – CH = CH2) I CH3 Isopreno 234 [CH3 – C = CH – CH2 – CH = C – CH= CH2]n I I CH3 CH3 Caucho Macromoléculas Nombre______________________________________________________ TAREA 1 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Investiga la clasificación, estructura, localización e importancia de los carbohidratos en los seres vivos así, como las pruebas químicas que sirven para identificarlos en el laboratorio.(Prueba de Benedict, Tollens, hidrólisis y prueba de lugol. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 236 Macromoléculas Nombre______________________________________________________ TAREA 2 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Investiga la clasificación, estructura, localización e importancia de los lípidos en los seres vivos, así como las pruebas químicas que sirven para identificarlos en el laboratorio.(Saponificación, índice de yodo, oxidación). ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 238 Macromoléculas TAREA 3 Nombre______________________________________________________ No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Investiga las pruebas químicas que sirven para identificarlos en el laboratorio.(Prueba de Biuret y la prueba de la ninihidrina.) ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________ 240 Macromoléculas Nombre______________________________________________________ TAREA 4 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Realiza una investigación en internet de los principales usos o aplicaciones y propiedades de los polímeros de adición. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 241 Química 2 ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 242 Macromoléculas Nombre______________________________________________________ TAREA 5 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Realiza una búsqueda en internet de los principales usos o aplicaciones y propiedades de los polímeros de condensación. Con base en tu búsqueda al final expresa tu opinión sobre ellos. Anexa la dirección de internet. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 244 Macromoléculas Nombre______________________________________________________ TAREA 6 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Realiza una investigación en internet acerca del impacto social y ecológico del uso de los polímeros y plasmar en este espacio una reseña de los aspectos más importantes. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 245 Química 2 ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 246 Macromoléculas Nombre______________________________________________________ AUTOEVALUACIÓN No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Lee cuidadosamente y responde los siguientes cuestionamientos, rellenando el círculo de la opción correcta. 1. Grupo de compuestos orgánicos que se definen como polihidroxialdehidos y polihidroxiacetonas y sus derivados:    Lípidos. Proteínas. Ácidos Nucléicos. Carbohidratos 2. Las moléculas de azúcar, fructosa y galactosa, se clasifican dentro del grupo de los: Monosacáridos.  Oligosacáridos.  Disacáridos.  Polisacárido. 3. Es el tipo de enlace químico, mediante el cual se unen las moléculas de monosacáridos: Ester.  Peptídico.  Glucosídico.  Homolítico. 4. Disacárido que está formado por una molécula de alfa-glucosa y una beta fructosa: Celobiosa.  Maltosa.  Lactosa.  Sacarosa. 5. Es el polisacárido de reserva energética de los animales: Almidón.  Celulosa.  Glucógeno .  Urea. 247 Química 2 6. Son esteres de glicerol con tres moléculas de ácidos grasos:    Triglicéridos. Esteroides. Fosfolípidos. Vitaminas liposolubles. 7. Grupo de lípidos que tienen la función de controlar la entrada y salida de sustancias en la célula:    Triglicéridos. Esteroides. Fosfolípidos. Vitaminas liposolubles. 8. Esteroides que actúa como emulsificador de las grasas en el intestino:    Cortisona. Colesterol. Acido cólico. Estrona. 9. Son las unidades fundamentales que constituyen a las proteínas:    Nucleótidos. Nucleósidos. Monosacáridos. Aminoácidos. 10. Estructura de la proteína que solo describe la secuencia y tipo de aminoácido:    Primaria. Secundaria. Terciaria. Cuaternaria. 11. Proceso por el cual los monómeros se convierten en polímeros:    Desnaturalización. Polimerización. Sadoficación. Deshidratación 12. Los tres son ejemplos de polímeros naturales:    248 Lana, nylon y caucho. Seda, caucho y acrílico. Almidón, lana y nylon. Lana, seda y almidón. Macromoléculas 13. Son ejemplos de polímeros termoplásticos: Polietileno, nylon y cloruro de polivínico (PVC).  Formica, baquelita y PVC.  Caucho, madera y acrílico.  Nylon, formica y lana. 14. Tipo de polimerización donde los monómeros se “unen unos tras otros” de tal manera que el polímero resultante contiene todos los átomos de los monómeros iniciales. Ejemplo la construcción del polietileno: Por condensación.  Por sustitución.  Por adicción.  Por eliminación. ESCALA DE MEDICIÓN DEL APRENDIZAJE ¾ Si todas tus respuestas fueron correctas: excelente, por lo que te invitamos a continuar con esa dedicación. ¾ Si tienes de 11 a 14 aciertos, tu aprendizaje es bueno, pero es necesario que nuevamente repases los temas. Consulta las claves de respuestas en la página 259. ¾ Si contestaste correctamente 10 ó menos reactivos, tu aprendizaje es insuficiente, por lo que te recomendamos solicitar asesoría a tu profesor. 249 Química 2 250 Macromoléculas EJERCICIO DE REFORZAMIENTO 1 Nombre______________________________________________________ No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Resuelve cada una de las preguntas, ejercicios y problemas que se plantean en cada ejercicio y presenta los resultados al profesor. La finalidad principal es saber cuánto aprendiste de los temas vistos en esta unidad, así podremos completar nuestro inventario de conocimientos aprendidos. No. Preguntas 1 Nombra el proceso por el cual los monómeros se convierten en polímeros. 2 Explica cómo se produce un copolímero. 3 Escribe en qué se dividen los polímeros sintéticos. a) b) 4 Los nombres de los polímeros o macromoléculas naturales son: a) b) c) 5 Clasifica los carbohidratos a) b) c) 6 Explica en breves palabras qué son los carbohidratos. 7 Identifica si la insulina es una macromolécula sintética o natural. 8 Explica qué función tienen las proteínas en el ser humano; sé breve en tu respuesta. 9 Escribe cinco ejemplos de aminoácidos. 10 Describe la diferencia entre un aceite y una grasa. Respuestas a) b) c) d) e) 251 Química 2 252 Macromoléculas Nombre______________________________________________________ EJERCICIO DE REFORZAMIENTO 2 No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Basándose en lo aprendido sobre proteínas, resuelve el siguiente problema. Reconocimiento del enlace peptídico a partir de la siguiente pregunta: ¿Qué flecha señala un enlace peptídico? Ver el dibujo y la guía para resolverlo. Encierra en un círculo tu respuesta y presenta los resultados al profesor a) ① ④ R1 O R2 O R3 O R4 O I II I II I II I II H2N – C – C – N – C – C – N – C – C – N –C – C – N….. I H ③ I H I H ② I H I H ⑤ Aminoácidos Las cadenas polipeptídicas de las proteínas son polímeros lineales de aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos. Cada aminoácido tiene un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH) que son utilizados para formar el enlace peptídico. I H Guía I H Aminoácido R1 O I II H2N – C – C – OH I Grupo H Grupo Amino carboxilo b) Para que se pueda lograr un polímero sintético, cuántas moléculas consideras, aproximadamente, que deberá llevar. Escribe un ejemplo de polímero sintético con su fórmula semidesarrollada, que no se encuentre en los ejemplos vistos en la unidad. c) El plástico es uno de los polímeros más usados en nuestra cotidianeidad; ¿en dónde lo clasificarías dentro de los polímeros sintéticos? Da una breve explicación de cuáles son sus aplicaciones. d) Si se pudieran construir órganos del cuerpo humano con los polímeros sintéticos, que de hecho ya existen algunos, de todos los materiales sintéticos cuáles consideras que se pudieran utilizar para construir, por ejemplo, un riñón, un hígado, la piel o un hueso. Si la respuesta tiene lógica, ponla a consideración de tus compañeros y maestros. Cada uno de los aminoácidos es un reactivo limitante. ¿Por qué se puede considerar esta afirmación? Demuestra que es así. Consulta en la primera unidad el concepto y aplicación de reactivo limitante. Expresa tu respuesta y coméntala con tus compañeros. Realiza un argumento reflexivo con una premisa y conclusión de cada una de las exposiciones. e) 253 Química 2 254 Macromoléculas EJERCICIO DE REFORZAMIENTO 3 Nombre______________________________________________________ No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Lee cuidadosamente y responde los siguientes cuestionamientos. Coméntalos con el grupo y entrégalos a tu profesor. 1. Comenta las propiedades de los aminoácidos. ¿Qué son y cómo se forman los péptidos? 2. Describe las características de los niveles de organización estructural de las proteínas. ¿Qué diferencias hay entre las alfa-hélice y las láminas plegadas de la estructura secundaria de las proteínas? 3. Explica la desnaturalización de las proteínas, respondiendo cuál es el concepto; cuáles factores pueden desnaturalizar a las proteínas; qué tipo de enlaces se rompen durante el proceso; cuáles son las posibilidades de ser reversible. 4. Explica a qué se refiere la especificidad de las proteínas y por qué puede plantear problemas en los transplantes de órganos. 5. ¿Cuáles son las funciones de las proteínas? Cita ejemplos de proteínas y funciones concretas que desempeñen en el organismo. 6. Elabora el ejemplo de una cadena peptídica, utiliza la siguiente como ejemplo: Gly-Ala-Leu-Ala-Gly-Vallleu-Leu-Gly-Ala-. 7. ¿A qué grupo de macromoléculas o polímeros pertenecen los glúcidos? 8. Investiga qué carbohidrato contiene el azúcar que se obtiene de la uva y qué nombre recibe. Indica si es monosacárido, disacárido, polisacárido u oligosacárido, y escribe su fórmula molecular. 9. Escribe el nombre y la fórmula molecular del azúcar de fruta. 10.¿Qué grupo o grupos funcionales presentan los monosacáridos? 11.¿Cuál es la sustancia dentro de las macromoléculas más abundante en la tierra? Si no lo sabes usa la siguiente pista: por hidrólosis se descompone (como el almidón y el glucógeno) dando glucosa 255 Química 2 Si no das con el resultado usa la segunda pista: las cadenas son muy largas (más de 10 000 moléculas de glucosa): Por último puedes usar la tercera pista: el ser humano no tiene las enzimas necesarias para llevar a cabo la hidrólisis de esta compuesto orgánico, por lo que no puede alimentarse con este polisacárido. 12.¿Qué diferencia encuentras entre un polímero termoplástico y un termoestable? Presenta algunos ejemplos de cada uno. 13.Investiga cuál es la fórmula del látex y cuál la del hule y descubre lo siguiente: ¿qué diferencia encuentras entre estas dos macromoléculas y qué semejanzas existen entre ellas? 14.¿Qué puedes decir acerca del ARN y del ADN? 15.¿Qué papel juega en esta relación el enlace peptídico, entre la relación de las proteínas y los aminoácidos? 256 Macromoléculas EJERCICIO DE REFORZAMIENTO 4 Nombre______________________________________________________ No. de lista ________________ Grupo ___________________________ Turno_________________________________ Fecha _______________ INSTRUCCIONES: Investiga la importancia que tienen las siguientes proteínas estructurales en las funciones biológicas de los seres humanos. Descubre cuál es su fórmula molecular e indica los grupos funcionales que están presentes en cada fórmula. Coloca las ideas principales en las siguientes tablas como evidencia de producto y presenta los resultados al profesor Importancia en las funciones biológicas Fórmula molecular Grupo o grupos funcionales Lisozima. Importancia en las funciones biológicas Fórmula molecular Grupo o grupos funcionales .. Hemoglobina. 257 Química 2 Importancia en las funciones biológicas Fórmula molecular Grupo o grupos funcionales ______________________ ______________________ ______________________ ______________________ ______________________ ______________________ ______________________ 258 Insulina. Claves de Respuestas UNIDAD 1 UNIDAD 2 UNIDAD 3 UNIDAD 4 1. D 2. D 3. B 4. D 5. C 6. B 7. C 8. C 9. C 10.C 11. B 12.B 13. D 14. D 15. D 16. A 17. D 18. A 19. D 20. C 21. C 22. D 1. C 2. D 3. A 4. C 5. C 6. A 7. B 8. D 9. C 10. D 11. B 12. D 13. D 14. A 15. D 16. B 17. D 18. B 19. C 20. D 1. C 2. C 3. D 4. B 5. D 6. D 7. B 8. D 9. C 10. A 11. B 12. C 13. D 14. A 15. C 1. D 2. A 3. C 4. D 5. C 6. A 7. C 8. C 9. D 10. A 11. B 12. D 13. A 14. C 259 Glosario ACUÍFERO AEROBIO ALOTROPÍA ALUVIÓN ANAEROBIO AROMÁTICO ATMÓSFERA BENCENO COLOIDE COMBUSTIBLE. COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES CONTAMINACIÓN DEGRADACIÓN FOTOQUÍMICA GASOLINA GLUCOSA HIDROCARBURO HORMONA INVERNADERO MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ISÓMERO Que tiene agua. Ser vivo que necesita aire para subsistir. Diferencia que en sus propiedades físicas y químicas puede presentar un mismo cuerpo simple, a causa de la distinta agrupación de los átomos que constituyen sus moléculas. Avenida fuerte de agua, inundación depósito arcilloso o arenoso que queda después de retirarse las aguas. Ser vivo que no necesita aire para subsistir. Compuesto perteneciente a los hidrocarburos de la serie cíclica y sus derivados. Masa gaseosa que rodea un astro cualquiera. Hidrocarburo volátil, C 6 H 6 , infamable, obtenido en la destilación del carbón mineral o por síntesis; se usa como disolvente y es base de varios derivados. Nombre dado a las sustancias que tiene la apariencia de la cola de gelatina. Sustancia que puede arder con facilidad. Compuestos del carbono con elementos volátiles. Presencia en el aire o en el agua de sustancias toxicas. Destrucción ignominiosa de un grado de una dignidad. Parte de la química que estudia los efectos químicos producidos por la luz. Mezcla de hidrocarburos el cual se obtiene del primer período de destilación del petróleo, es líquida, incolora y muy volátil e inflamable. Azúcar de color blanco cuya formula es C6H12O6 que se haya disuelto en muchos frutos. Carburo de hidrogeno. Sustancia segregada por las glándulas endocrinas, que estimula o regula la actividad de otros órganos. Cobertizo acondicionado. Motor en el cual el combustible se quema en su interior. Compuesto que tiene la misma fórmula que otro u otros compuestos, pero que difiere en algunas propiedades, a causa de una diferencia en la estructura molecular. PARAFINA (que tiene poca afinidad) Sustancia sólida, blanca, translúcida, inodora y fácilmente fusible; es una mezcla de hidrocarburos; se obtiene destilando petróleo y se emplea para fabricar velas y para otros usos. PETRÓLEO Líquido natural oleaginoso e inflamable constituido por una mezcla de hidrocarburos que se extrae de lechos geológicos continentales o marítimos. POIQUILOTERMO Organismos que no disponen de un mecanismo para la regulación de su temperatura interna y poseen la temperatura de su medio. 260 SMOG UREA Mezcla de humo y niebla existente en algunos centros urbanos a causa del gas de los escapes de los vehículos, de las fábricas industriales, de las instalaciones de fabricación etc. Sustancia nitrogenada, cristalina y muy soluble que es el constituyente sólido más importante de la orina; su fórmula C O (NH 2 ) 2 261 Bibliografía General Luna M.M. “Química 2 Bachillerato” S.T. Editorial México 2005. Garritz Ruíz Andonietal. “Tú y la Química”. 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