quÍmica iii autores

guia 5 quimica

por sharithoon | buenastareas.com

COLEGIO DE QUÍMICA

Grado 5° Clave 1501 Plan 96

GUÍA DE ESTUDIO

QUÍMICA III

Autores:

Rolando Barrón Ruiz

Yolanda Flores Jasso

Dalia García Herrera

Lilia E. Gasca Pineda

María Teresa Herrera Islas

María Patricia Huerta Ruiz

J. Alberto Martínez Alcaraz

J. Martín Panting Magaña

Raquel Velázquez Ramírez

Autores del CD electrónico

Leticia Oralia Cinta Madrid

Maria del Carmen Herrera Benítez

Martha Marín Pérez

Fernando Vidal Saucedo

Coordinación:

E. Alba Gutiérrez Rodríguez

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

Escuela Nacional Preparatoria

Directora General: Mtra. Silvia E. Jurado Cuéllar

Secretario Académico: Biól. Alejandro Martínez Pérez

Diseño de portada: DCV. Cintia Amador Saloma

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Actualización de la edición: DCG. Edgar Rafael Franco Rodríguez

3ª edición: 2012

© Universidad Nacional Autónoma de México

Escuela Nacional Preparatoria

Dirección General

Adolfo Prieto 722, Col. Del Valle

C. P. 03100, México, D. F.

Impreso en México

2

PRESENTACIÓN

La Escuela Nacional Preparatoria ha trabajado durante casi 145 años en la formación

de jóvenes llenos de ideales y metas por cumplir, con deseos de superación y

comprometidos con su país, a quienes tenemos que guiar y conducir hacia el logro de

sus éxitos académicos, factores que reforzarán su seguridad personal.

Las herramientas que adquieran los estudiantes, durante esta etapa escolar, serán

fundamentales, columna vertebral que sostenga sus estudios profesionales, con lo que

el desarrollo de habilidades y actitudes se verá reflejado en su futuro próximo.

Es nuestra responsabilidad dotar a los alumnos de todos los materiales didácticos que

ayuden a enfrentar los retos de adquisición del aprendizaje, para quecontinúen con

sus estudios de manera organizada, armónica y persistente.

Por lo mismo, los profesores que integran esta dependencia universitaria, trabajan de

manera colegiada; ponen toda su energía en desarrollar las Guías de estudio para

aquellos alumnos que, por cualquier razón, necesitan presentar un examen final o

extraordinario y requieren elementos de apoyo para aprobarlos y concluir sus estudios

en la Preparatoria.

La presente Guía de estudio es un elemento didáctico que facilita la enseñanza y el

aprendizaje. Se puede utilizar de manera autodidacta o con la ayuda de los muchos

profesores que a diario brindan asesorías en cada uno de los planteles de la Escuela

Nacional Preparatoria.

Continuaremos buscando más y mejores elementos didácticos: presenciales y en

línea, con el objetivo de ayudar a nuestros alumnos a que aprueben y egresen del

bachillerato.

Sólo me resta desearles éxito en su camino personal y profesional.

Juntos por la Escuela Nacional Preparatoria.

Mtra. Silvia E. Jurado Cuéllar

Directora General

3


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PRESENTACIÓN DE LOS AUTORES

La guía que tienes en tus manos tiene la finalidad de ayudarte a preparar el examen

extraordinario de la

materia de Química III. Esta guía fue publicada por primera vez en el año 2005 bajo la

coordinación de la

profesora Yolanda Flores Jasso, quien en ese entonces era la jefa del Departamento de

Química. En la guía

se encuentran desarrollados los contenidos de las cinco unidades del programa, las cuales

son:

Unidad 1: La energía, la materia y el cambio

Unidad 2: Aire, intangible pero vital

Unidad 3: Agua, ¿de dónde, para qué y de quién?

Unidad 4: Corteza terrestre, fuente de materiales

Unidad 5: Alimentos, combustible para la vida

En esta nuevaedición se ha tomando en cuenta la opinión de varios profesores y se han

hecho

modificaciones para auxiliarte en una mejor comprensión de los temas. Las principales

novedades son:

I.

La guía impresa cuenta con un organizador que te permite revisar la secuencia de contenidos

y la relación

entre ellos; cada unidad presenta una introducción para que veas un panorama general de lo

que trata.

II.

Se acompaña con un CD, en donde podrás encontrar cinco temas desarrollados en medios

electrónicos y

es necesario acudir a la computadora para poder tener acceso a la información. Los temas

son:

1. Energía

2. Tabla periódica y símbolos de Lewis

3. Disoluciones

4. Enlaces y cálculos estequiométricos

5. Requerimientos nutricionales

Estos temas pueden resultar un tanto complejos para ti, por eso se desarrollaron para que

pudieras tener

una mejor comprensión de los mismos.


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Tanto en la guía impresa como en la digital se incluye un desarrollo breve del contenido,

ejemplos

resueltos y ejercicios de autoevaluación para que compruebes si has entendido el tema. Al

final de cada

unidad se encuentra la bibliografía, para que profundices en cada uno de los temas.

Se recomienda buscar asesoría con un profesor para que supervise tu avance. Este material

también

puedes utilizarlo como apoyo a tu curso normal para que repases y ejercites los temas de

cada unidad.

Por último, la resolución de esta guía no garantiza que apruebes el examen extraordinario,

para tener éxito

en él deberás prepararlo con tiempo suficiente para que puedas estudiar, revisar y entender

cada uno de los

temas.

Cualquier comentario o sugerencia para mejorar el contenido y funcionalidad de esta guía

será muy

bienvenida en la Jefatura de Química.

4ÍNDICE

CONSULTA EL CD ADJUNTO A ESTA GUÍA

UNIDAD 1 .............................................................................................................................9

Energía motor de la humanidad

.................................................................................... 10

Noción de energía .....................................................................................................10

Energía potencial y cinética...................................................................................... 10

Transferencia y transformación de la energía ..........................................................11

Trabajo, calor y temperatura..................................................................................... 11

Ley de la conservación de la energía ........................................................................ 12

La materia y los cambios ...................................................................................................... 12

Estados de agregación .............................................................................................. 12

Clasificación de la materia .......................................................................................13

Composición de la materia. Átomos y moléculas .................................................... 14

Partículas subatómicas.............................................................................................. 14

Propiedades físicas y cambios físicos.......................................................................15

Propiedades químicas y cambios químicos .............................................................. 15

Ley de la conservación de la materia.......................................................................17

La energía y las reacciones químicas .......................................................................17

El sol proveedor de energía ...................................................................................... 17


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El sol, horno nuclear.............................................................................................................17

Radiactividad y desintegración nuclear.................................................................... 17

Rayos alfa, beta y gamma ........................................................................................ 17

Espectro electromagnético ....................................................................................... 19

Planck, la energía y los cuantos ...............................................................................21

Espectro del átomo de hidrógeno y teoría atómica de Bohr .................................... 21

Fisión y fusión .......................................................................................................... 22

Ley de la interconversión de la materia y la energía ................................................ 22

El hombre y su demanda de energía.....................................................................................23

Generación de energía eléctrica ...............................................................................23

Obtención de energía eléctrica .................................................................................24

Análisis de beneficios y riesgos del consumo de energía ........................................ 24

Energías limpias.......................................................................................................24

UNIDAD 2 ...........................................................................................................................29

¿Qué es el aire? .................................................................................................................... 31

Mezcla homogénea indispensable para la vida ........................................................31

Composición del aire ................................................................................................ 31

Propiedades físicas de los gases ........................................................................................... 32

Leyes de los gases ................................................................................................................ 32

Ley de Boyle y Mariotte ........................................................................................... 33

Ley de Charles .......................................................................................................... 34

Ley de Gay – Lussac ................................................................................................ 35

Ley combinada de los gases .................................................................................... 36

Teoría cinética de los gases .................................................................................................37

Mol, masa molar, número de Avogadro, ley de Avogadro, volumen molar .......................38

El aire que inhalamos y el que exhalamos ........................................................................... 41

5

Reactividad de los componentes del aire............................................................................ 41

Nitrógeno ................................................................................................................. 41

Oxígeno ................................................................................................................... 42

Dióxido de carbono ................................................................................................. 45

Tabla periódica de los elementos ........................................................................................ 46

Propiedades periódicas de los elementos químicos ................................................. 48

Enlace químico, regla del octeto y símbolos de Lewis ....................................................... 50

Reacciones de combustión .................................................................................................. 52

Reacciones exotérmicas y endotérmicas ................................................................. 53

Calor de combustión ................................................................................................ 53

Energías de enlace ................................................................................................... 53

Calidad del aire ................................................................................................................... 53


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Principales contaminantes y fuentes de contaminación .......................................... 53

Partes por millón ..................................................................................................... 54

Ozono y alotropía .................................................................................................... 54

Efecto invernadero.................................................................................................. 55

Inversión térmica ..................................................................................................... 55

Las radiaciones del Sol y el esmog fotoquímico ..................................................... 56

Lluvia ácida .............................................................................................................. 56

Medición de la calidad del aire ................................................................................ 56

UNIDAD 3 ........................................................................................................................... 59

Tanta agua y nos podemos morir de sed .............................................................................. 60

Distribución del agua en la tierra ............................................................................. 60

Calidad del agua ....................................................................................................... 61

Fuentes de contaminación ........................................................................................ 62

Importancia del agua para la humanidad ............................................................................. 62

Agua para la agricultura, la industria y la comunidad.............................................. 62

Purificación de agua ................................................................................................. 63

El por qué de las maravillas del agua ................................................................................... 63

Estructura y propiedades de los líquidos.................................................................. 63

Propiedades del agua ................................................................................................ 65

Composición del agua: electrólisis y síntesis ........................................................... 67

Estructura molecular del agua .................................................................................. 67

Regulación del clima ................................................................................................ 68

Disoluciones. Concentración en por ciento y molar ................................................ 69

Electrolitos y no electrolitos..................................................................................... 72

Ácidos, bases y pH ................................................................................................... 72

Neutralización y formación de sales ........................................................................ 74

UNIDAD 4 ........................................................................................................................... 77

Minerales ¿la clave de la civilización? ................................................................................ 78

Principales minerales de la República Mexicana .............................................................. 79

Metales, no metales y semimetales ...................................................................................... 79

Propiedades físicas de metales y no metales ..................................................................... 80

Propiedades químicas ........................................................................................................ 81

Serie electromotriz............................................................................................................ 81

6

Estado sólido cristalino ........................................................................................................ 82

Modelo cinético molecular ................................................................................................... 82

Enlace Metálico .................................................................................................................... 83

Enlace Iónico ...................................................................................................................... 83

Propiedades físicas promedio de las sustancias iónicas .......................................... 83


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Cálculos estequiométricos ...............................................................................................84

Petróleo, un tesoro de materiales y de energía ..................................................................... 87

Importancia del petróleo para México ...................................................................... 87

Hidrocarburos ........................................................................................................... 88

Alcanos, alquenos y alquinos .......................................................................................... 88

Combustiones y calor de combustión ....................................................................... 90

Refinación del petróleo.............................................................................................91

Fuente de materias primas ............................................................................................. 91

Alquenos y su importancia en el mundo de losplásticos ..............................................92

La nueva imagen de los materiales ...................................................................................... 92

Cristales líquidos ........................................................................................................... 92

Semiconductores ........................................................................................................... 92

Fibras ópticas................................................................................................................. 93

Plásticos ......................................................................................................................... 93

Cerámicas ...................................................................................................................... 93

Reacciones de polimerización para la obtención de resinas plásticas .................................. 94

Suelo, soporte de la alimentación ......................................................................................... 94

CHONPS en la naturaleza ........................................................................................ 95

Ciclo del carbono .......................................................................................................... 95

Ciclo del oxígeno .......................................................................................................... 96

Ciclo del nitrógeno ........................................................................................................ 97

El pH y su influencia en los cultivos ........................................................................ 98

La conservación o destrucción de nuestro planeta...............................................................98

Consumismo – Basura – Impacto Ambiental ....................................................................... 99

Reducción, reutilización y reciclaje de basura ..................................................................... 99

Responsabilidad en la conservación del planeta .................................................................. 99

UNIDAD 5 ......................................................................................................................... 103

Elementos esenciales para la vida ...................................................................................... 104

Tragedia de la riqueza y la pobreza. Exceso y carencia de alimentos .................... 104

Sales minerales de: Na, K, Ca, P, S y Cl ................................................................ 105

Trazas de minerales: Mn, Fe, I, F, Co, Zn .............................................................. 106

Vitaminas................................................................................................................106

Fuentes de energía y material estructural ........................................................................... 107

Energéticos de la vida. Carbohidratos, estructura y grupos funcionales ................107

Almacén de energía. Lípidos, estructura y grupos funcionales .............................. 107

Proteínas, estructura y grupos funcionales ............................................................. 108

Requerimientos nutricionales ................................................................................. 108

Conservación dealimentos................................................................................................. 108

Congelación, calor, desecación, salado, ahumado, edulcorado y alto vacío .......... 108

Aditivos y conservadores ....................................................................................... 109


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Cuidemos los alimentos.......................................................................................... 110

7

8

UNIDAD 1

LA MATERIA, LA ENERGIA Y LOS CAMBIOS

Propósitos de la unidad:

1. Conocer en forma teórica algunos aspectos que rigen el comportamiento de la energía y de

la

materia.

2. Reafirmar algunos de los principales conceptos sobre la materia.

3. Adquirir algunas nociones sobre química nuclear.

4. Conocer la teoría atómica de Bohr.

9

INTRODUCCIÓN

La materia presenta formas distintas, las cuales poseen características que permiten

distinguir unos

objetos de otros. El color, el olor y la textura son propiedades de la materia que ayudan a

diferenciarlos. Nuestro planeta, el Sol, las estrellas, y todo lo que el ser humano ve, toca o

siente, es

materia; incluso, los propios hombres, las plantas y los animales.

La energía es fundamental para la sobrevivencia de cualquier ser vivo o sociedad. Con la

energía

luminosa de los rayos solares, las plantas verdes aprovechan el dióxido de carbono del aire,

el agua

y las sales minerales del suelo para elaborar sustancias que sirven de alimento al hombre y a

los

animales. Los seres humanos hemos aprendido su utilización en nuestro beneficio, por

ejemplo;

cuando se emplea carbón y petróleo como combustibles, la energía química que almacenan

se

transforma en calor, el que sirve para obtener otras formas de energía. Pero para ello

debemos de

saber cómo está constituida la materia y cómo sellevan a cabo los cambios.

Energía, motor de la humanidad

PARA PROFUNDIZAR EN ESTE TEMA


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1.1.1

Noción de energía

Antiguo concepto: energía es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar trabajo.

Definición

actual y más general: energía es todo aquello que produce un cambio.

1.1.2 Energía potencial y cinética

Se consideran dos tipos esenciales de energía:

1) Cinética, es debida al movimiento de los cuerpos, algunos ejemplos de ella son la energía

térmica, luminosa, eléctrica, sonora, mecánica, etc.

2) Potencial es debida a la posición de un cuerpo con respecto a un nivel de referencia, dos

ejemplos de ella es la energía química y la nuclear.

Autoevaluación

1.1. Las manifestaciones de energía procedentes del Sol que se aprovechan en un

invernadero son:

A) energía eólica y nuclear.

B) electrones y partículas energéticas.

C) energía de fisión de las estrellas.

D) energía luminosa y térmica.

1.2. Son tipos de energía potencial:

A) eólica y química. B) térmica y nuclear. C) química y nuclear. D) eólica y térmica.

10

1.1.3 Transferencia y transformación de la energía

La naturaleza efectúa constantemente transformaciones de energía. A pesar de esto, sólo

podemos

aprovechar una parte muy pequeña de ella. Por ejemplo, la fotosíntesis, se resume, en

términos

energéticos, a una transformación de la energía luminosa (rayos del sol) en energía química

(presente en los enlaces que unen las moléculas de la glucosa formada).

En el caso del motor de un carro se produce un cambio de energía química (contenida en la

gasolina

y liberada en su combustión) en energía cinética (movimiento de los pistones).

Autoevaluación

1.3. Los cambios de energía que se producen enuna pila son de:

A) química en cinética.


9 de 180 24/08/15 15:19

B) eléctrica en térmica.

C) química en eléctrica.

D) eléctrica en química.

1.1.4 Trabajo, calor y temperatura

Temperatura no es lo mismo que calor, son dos conceptos diferentes.

Calor es la transmisión de energía de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor

temperatura,

por lo que es una energía en tránsito. Su unidad en el SI es el Joule [J].

Trabajo es el equivalente mecánico del calor. Su unidad en el SI es el Joule [J]

Los cuerpos no poseen ni trabajo ni calor.

Temperatura es una propiedad que poseen los sistemas físicos a nivel macroscópico, la cual

tiene una

causa a nivel microscópico, que es la energía promedio por partícula. Es una magnitud

escalar que es

una propiedad de todos los sistemas termodinámicos en equilibrio térmico (o sea que no

presentan

intercambio de calor entre sus partes). Al contrario de otras cantidades termodinámicas como

el calor

o la entropía, cuyas definiciones microscópicas son válidas muy lejos del equilibrio térmico, la

temperatura sólo puede ser medida en el equilibrio, precisamente porque se define como un

promedio.

Su unidad en el SI es el Kelvin [K]. No es una medida del calor.

Autoevaluación

1.4. Son características del concepto temperatura:

A) medida del calor, unidad en Kelvin, los cuerpos la poseen.

B) medida de la energía cinética promedio de las partículas, se mide en Kelvin.

C) energía en tránsito, se mide en grados Celsius, no mide el calor.

D) se relaciona con la energía cinética, se transfiere de un cuerpo a otro.

1.5. El calor:

A) necesita de dos cuerpos a la misma temperatura.

B) sólo necesita de un cuerpo.

C) es lo mismo que la temperatura.

D) se transfiere del cuerpo de mayor al de menortemperatura.

11

1.1.5. Ley de la conservación de la energía

La energía del Universo no puede ser creada ni destruida, sólo cambia de una forma a otra

permaneciendo constante.

Autoevaluación


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1.6. Es preocupante que se agoten las fuentes de energía porque:

A) la energía del Sol no será suficiente para abastecernos.

B) las estamos transformando en formas no aprovechadas.

C) al desperdiciar los energéticos la energía se destruye.

D) la única forma de producir energía es con el petróleo.

1.2 La materia y los cambios

1.2.1. Estados de agregación.

La materia está formada por un conjunto de partículas que pueden ser moléculas, átomos o

iones. De

acuerdo con el espacio que haya entre estas partículas y de la energía con que se mueven,

adopta los

estados sólido, líquido o gaseoso.

En el siguiente cuadro se esquematizan las características de cada uno de los estados de

agregación.

Características

Sólido

Líquido

Gas

Forma

definida

Volumen

definido

adopta la forma del

recipiente que lo contiene

definido

Ordenamiento de las

partículas

Movimiento

Atracción entre partículas

Cercanía de las partículas


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definido

aleatorio

adopta la forma del


llena todo el volumen del


aleatorio

vibratorio

fuerte

muy cercanas

moderado

moderado

cercanas

muy rápido

no hay

muy distantes

Autoevaluación

1.7. Los estados de agregación de la materia son:

A) sólido, líquido y gas.

C) gas, plasma y evaporación.

B) ebullición, fusión y solidificación.

D) sólido, sublimación, gas.

1.8. Son características que describen a un sólido:

A) tiene un volumen fijo y fluye.

B) tiene volumen fijo, pero no tiene forma definida.

C)forma definida y fuerte cohesión entre sus partículas.

D) tienen forma definida y fluye.

12

1.9. El sodio es un metal que tiene un punto de fusión de 97.8°C y un punto de ebullición de

881.4°C. ¿En qué estado se encuentra el sodio a las temperaturas indicadas?

A)


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B)

C)

D)

100 ºC

sólido

líquido

líquido

sólido

- 70 ºC

sólido

sólido

líquido

líquido

1 000 ºC

líquido

gas

gas

gas

1.2.2. Clasificación de la materia.

Materia

se clasifica

Sustancias

Puras

Mezclas

pueden ser

pueden ser

Elementos

Homogéneas

Heterogéneas


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Compuestos

Sustancia pura es toda la que está formada por un único componente.

Elemento es una sustancia pura formada por átomos con el mismo número atómico.

Compuesto es una sustancia pura que mediante métodos químicos se puede descomponer

en sus

elementos, los cuales están en proporción fija.

Una mezcla heterogénea es materia que presenta diversas fases, cuyas propiedades varían

en

diferentes puntos de la muestra y una mezcla homogénea presenta sólo una fase y en todas

sus

partes presenta las mismas propiedades. Ambas se pueden separar por métodos físicos.

Autoevaluación

1.10. Una ensalada, una moneda de oro puro y el aire, son respectivamente:

A) mezcla heterogénea, sustancia pura y mezcla homogénea.

B) mezcla heterogénea, sustancia pura y mezcla heterogénea.

C) mezcla heterogénea, mezcla homogénea y mezcla homogénea.

D) mezcla heterogénea, sustancia pura y sustancia pura.

13

1.2.3 Composición de la materia. Átomos y moléculas.

Las sustancias puras están compuestas por moléculas o por átomos. Una molécula es la

partícula

fundamental y más pequeña que retiene las propiedades de la sustancia, es un agregado de

por lo

menos dosátomos, con una distribución definida, que se mantiene unida mediante enlaces

químicos.

Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que interviene en una reacción

química.

Autoevaluación

1.11. Un átomo es:

A) la partícula más pequeña que interviene en una reacción química.

B) un símbolo de un elemento.

C) una partícula fundamental que retiene las propiedades de un compuesto.

D) una forma de imaginar cómo se distribuyen los electrones.

1.2.4. Partículas subatómicas. Número atómico, número de masa, masa atómica e isótopos.

Toda la materia está formada por átomos, los cuales son neutros al tener el mismo número de

protones y electrones. Los protones y los neutrones se encuentran en el núcleo atómico y


14 de 180 24/08/15 15:19

alrededor

de éste se mueven los electrones. La masa y la carga positiva del átomo se encuentran en el

núcleo,

cuyo diámetro es cien mil veces más pequeño que el del átomo.

El número atómico (Z) es lo que caracteriza a un elemento y es la cantidad de protones que

contiene el núcleo atómico. El número de masa (A) es la suma de protones y neutrones de un

núcleo

atómico. En la tabla siguiente se muestran tres ejemplos.

Tabla de tres elementos con su símbolo, número atómico y número de masa

Nombre del

Símbolo del

Número

Número de Número de Número

elemento

elemento

atómico

protones

neutrones

de masa

Potasio

K

19

19

20

39

Plata

Ag

47

47

61

108

Aluminio

Al

13

13

14

27

La masa atómica o peso atómico es el promedio de los números de masa de los isótopos,

considerando su abundancia relativa. A continuación se pueden observar algunos ejemplos.

Tabla de tres elementos con su símbolo,


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número atómico y número de masa

Nombre del elemento

Símbolo del elemento

Masa atómica

Potasio

K39.098

Plata

Ag

107.868

Aluminio

Al

26.982

14

Llamamos isótopos a los átomos del mismo elemento que tienen diferente número de

neutrones e

igual número de protones y electrones. Como ejemplo se presenta la tabla siguiente con los

isótopos

del hidrógeno.

Isótopos del hidrógeno

Hidrógeno Deuterio

Nombre

(Protio)

1

Tritio

2

3

H1

H1

H1

Número atómico


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1

1

1

Número de masa

1

2

3

Número de protones

1

1

1

Número de neutrones

0

1

2

Número de electrones

1

1

1

Autoevaluación

1.12. Partículas subatómicas que intervienen en un cambio químico:


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A) protones B) electrones

C) neutrones

D) nucleones

1.13. Partículas subatómicas que determinan a cada elemento:


C) neutrones

D) nucleones

1.14. El número atómico de un elemento está dado por los:


C) neutrones

D) nucleones

1.15. Si hay 15 protones y 17 neutrones en el núcleo de un átomo, ¿cuál es su número de

masa y

cuántos electrones tiene?

A) A =15; e =15 B) A=32, e =17

C)A =32, e =15

D) A=15,e=32

1.2.5. Propiedades físicas y cambios físicos

Propiedad física. Es la propiedad que puede ser observada sin que la sustancia se

transforme en otra.

Ejemplos: estado de agregación, color, olor, sabor, punto de fusión, punto de ebullición,

solubilidad,

densidad, etc. Para observarla se lleva a cabo un cambio físico.

Cambio físico es cuando se cambia la forma, el tamaño, el estado de movimiento o el estado

de

agregación. La energía implicada generalmente es pequeña.

1.2.6. Propiedades químicas y cambios químicos

Propiedad química. Indica cómo es la reactividad de las sustancias. Ejemplos: estabilidad,

reactividad, carácterácido o básico, oxidante o reductor, comburente, corrosivo, etc. Al

manifestarse

estas propiedades se involucra un cambio químico.

15

Cambio químico: cuando se obtiene una nueva sustancia con propiedades distintas. La

energía

desprendida o absorbida es generalmente mayor que en el caso del cambio físico. Los

electrones

participan en el cambio químico.

Métodos de separación


18 de 180 24/08/15 15:19

Algunos de los métodos de separación que se basan en las propiedades físicas de las

mezclas son:

Filtración. Separación de una fase sólida de una fase líquida, haciendo pasar la mezcla a

través de un

filtro capaz de detener el paso del sólido de la mezcla. Ejemplo: arena y agua.

Decantación. Separación de dos fases de una mezcla por la gravedad, estas fases pueden

ser líquidos

inmiscibles entre sí y de diferente densidad o bien una fase líquida y la otra sólida. Ejemplo:

agua y

aceite.

Destilación. Separación de los componentes de una mezcla por la evaporación de los

líquidos y su

condensación posterior. Ejemplo: separación de los componentes del petróleo.

Cristalización. Separación de una mezcla formada por un sólido y su disolvente, al evaporar

éste

último. Ejemplo: obtención de cristales de sulfato de cobre a partir de una disolución acuosa

del

compuesto.

Sublimación. Separación de una mezcla de dos sólidos, cuando uno de ellos presenta la

propiedad de

pasar de un sólido a gas sin pasar por el estado líquido. Ejemplo: yodo con limadura de

hierro.

Cromatografía. Separación de los componentes de una mezcla aprovechando la capacidad

de

movimiento de los componentes a través de un material. Puede ser en papel, capa fina, gel o

de

gases. Ejemplo: separación de los componentes de tintas.

Autoevaluación

1.16. Una mezcla decloruro de sodio y agua se puede separar por:

A) filtración.

B) sublimación.

C) cristalización.

D) cromatografía.

1.17. Una mezcla de arena y agua se puede separar por:

A) filtración.

B) sublimación.

C) congelación.

D) cromatografía.


19 de 180 24/08/15 15:19

1.18. Una mezcla de alcohol y agua se puede separar por:

A) filtración.

B) sublimación.

C) cristalización.

D) destilación.

1.19. Son ejemplo de propiedades físicas:

A) color, olor, sabor.

B) reactividad, comburente, corrosivo.

C) color, olor, corrosivo.

D) reactividad, comburente, sabor.

1.20. Son ejemplos de propiedades químicas:

A) color, olor, sabor.

B) reactividad, comburente, corrosivo.

C) color, olor, corrosivo.

D) reactividad, comburente, sabor.

1.21. Indica el tipo de proceso del que se trata, físico F y químico Q, respectivamente:

corrosión de

una escalera de hierro, cortar un diamante, quemar gasolina y hervir agua.

A) F, F, Q, Q

B) Q, F, Q, Q

C) Q, F, Q, F

D) F, F, Q, F

16

1.2.7. Ley de la conservación de la materia

La ley indica: “La materia no se crea ni se destruye sólo se transforma.” Esto es: “En toda

reacción

química la masa se conserva, es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la

masa

obtenida de los productos”, en otras palabras, la materia no se crea ni se destruye.

Autoevaluación

1.22. ¿Qué sucede con la parafina de una vela durante la combustión?

A) La parafina se evapora y se conserva como gas.

B) La parafina se evapora y desaparece.

C) Sólo cambia de estado.

D) Se transforma en CO2 y agua.

1.2.8. La energía y las reacciones químicas


20 de 180 24/08/15 15:19

Todas las reacciones químicas están acompañadas por un cambio de energía. Algunas

reacciones

liberan energía hacia sus alrededores (generalmente como calor) y sonllamadas exotérmicas.

Ejemplo 2Na + Cl2 2NaCl + energía

Por otra parte, algunas reacciones necesitan absorber calor de sus alrededores para seguir

adelante,

estas reacciones son llamadas endotérmicas.

Ejemplo Ba(OH)2 + 2NH4Cl + energía BaCl2 + 2NH4OH

1.2.9. El sol proveedor de energía

La cantidad de energía radiante que nos llega del Sol en cada segundo es de 178 000

billones de

Joules, es decir, equivale a 15 000 veces la cantidad de energía que la humanidad consume,

sin

embargo, la mayor parte de ella se disipa. Actualmente se está tratando de aprovechar esta

energía

por medio de celdas solares.

1.3

El sol, horno nuclear.

1.3.1 Radiactividad y desintegración nuclear.

1.3.2 Rayos alfa, beta y gamma.

Algunos materiales presentan la propiedad de emitir rayos espontáneamente. Este fenómeno

conocido como radiactividad, fue observado en 1896 por el físico Henri Becquerel y es el

resultado

de la transformación que presentan los núcleos de ciertos átomos como el uranio. En un

átomo

radiactivo, el núcleo es inestable, y se desintegra hasta estabilizarse en átomos de masas

menores

con emisión de partículas y energía conocidas como radiaciones.

17

En un principio se creyó que la radiactividad era exclusiva del uranio y de sus compuestos,

pero en

1898 se observó el mismo fenómeno en los compuestos de torio. Los esposos Curie, durante

sus

investigaciones, encontraron otros elementos radiactivos: el polonio y el radio.

Partícula

Alfa


21 de 180 24/08/15 15:19

Beta

Gamma

Tipos de Radiación

Símbolo

Carga

α

+

β

γ

Ninguna

Alcance

corto

moderado

largo

Al interactuar alguna de estas radiaciones con la materia, provoca que los átomos pierdan

electrones

y se ionicen; de aquí que reciban el nombre deradiación ionizante; ésta puede ser detectada

por un

contador Geiger y así facilitar la detección de un radioisótopo. El fenómeno de radiactividad

se debe

a un estado de inestabilidad en el núcleo, cuando un átomo posee una gran cantidad de

partículas,

protones y neutrones, ésta se presenta. Existen elementos que pueden presentarla y se dice

que

poseen radiactividad natural y los átomos que la presentan reciben el nombre de

radioisótopos.

La desintegración de un núcleo radiactivo, a menudo es el comienzo de una serie de

decaimiento

radiactivo, es decir, una secuencia de reacciones nucleares que da como resultado la

formación de

un isótopo estable.

Todos los radioisótopos tienen un tiempo de vida media que es el tiempo que debe transcurrir

para

que se desintegre la mitad de una muestra específica de átomos radiactivos.

Autoevaluación

1.23. Nombre que reciben los átomos que presentan radioactividad natural:

A) radioisótopos.


22 de 180 24/08/15 15:19

B) rayos beta.

C) rayos catódicos. D) rayos gamma.

1.24. Al ser atraídas las partículas beta hacia el polo positivo de un campo magnético, se

confirma

su:

A) carga positiva.

B) carga negativa.

C) carga neutra.

D) gran tamaño.

1.25. Es un tipo de radiación ionizante:

A) la fluorescencia. B) los rayos gamma. C) la electricidad.

1.26. El uranio se presenta como 233 U,

92

A) nucleones.

B) neutrinos.

235

92

D) la luz infrarroja.

U y 238 U, estos tres se conocen como:

92

C) radioisótopos.

D) positrones.

1.27. El cobalto-60 es un radioisótopo que tiene un tiempo de vida media de 5.7 años, esto

significa

que en este tiempo, la mitad de sus núcleos se:

A) multiplican.

B) desintegran.

C) fusionan.

D) enlazan.

18

1.28. Son características de las partículas alfa:

A)carga negativa y largo alcance B) carga negativo y alcance corto.

C) carga positiva y largo alcance

D) carga positiva y alcance corto.


23 de 180 24/08/15 15:19

1.29. Los elementos radiactivos que descubrieron los esposos Curie, fueron:

A) uranio y torio.

B) torio y radio.

C) polonio y radio. D) radio y uranio.

1.30. Es radiación electromagnética de alta energía, liberada por ciertos radioisótopos:

A) infrarroja.

B) alfa.

C) beta.

D) gamma.

1.31. Son las partículas radiactivas que tienen corto alcance:

A) gamma.

B) electrones.

C) beta.

D) alfa.

1.32. Una forma de detectar la radiación ionizante es por el uso de un:

A) cromatógrafo.

B) contador Geiger. C) imán.

D) equipo de rayos X.

1.3.3 Espectro electromagnético

Las propiedades químicas de las sustancias se determinan por los electrones externos que

rodean al

núcleo; nuestros conocimientos sobre la estructura electrónica de los átomos provienen del

análisis

de la luz emitida o absorbida por las sustancias.

La luz visible es un tipo de radiación electromagnética y hay otros tipos además de ésta, que

parecerían ser muy distintos pero que comparten ciertas características fundamentales.

Todos los tipos de radiación electromagnética viajan en el vacío a una velocidad de 3 x 108

m/s presentándose en forma de paquetes de energía llamados cuantos. Cada cuanto posee

una

longitud de onda y una frecuencia característica y su energía está en función directa a su

frecuencia,

es decir, a mayor frecuencia, mayor energía.

Se conoce como espectro electromagnético a la representación de los distintos tipos de

radiación

electromagnética.

19


24 de 180 24/08/15 15:19

En la imagen siguiente se pueden apreciar las distintas formas de radiación electromagnética

donde

podemos observar a laslongitudes de onda (λ) y las frecuencias (F) de cada tipo de radiación,

como

varían de manera inversamente proporcional y también en función de la energía, la cual

aumenta al

disminuir la longitud de onda.

Autoevaluación

1.33. Los siguientes enunciados mencionan características generales de la luz, ¿cuáles de

ellos son

correctos?

1) todas las formas de radiación electromagnética son visibles.

2) la frecuencia aumenta al disminuir la longitud de onda.

3) los componentes de la luz son eléctricos y magnéticos.

4) la luz se compone de distintas longitudes de onda.

A) 2, 3, 4

B) 1, 2, 3

C) 1, 3, 4

D) 1, 2, 4

1.34. Las radiaciones más cercanas a la luz visible son:

A) rayos X y rayos gamma

B) ultravioleta y rayos X

C) ondas de radio y TV

D) infrarrojo y ultravioleta

1.35. Debido a su elevada frecuencia, los rayos que tienen mayor energía son:

A) rayos UV, rayos X, rayos cósmicos.

B) luz visible, rayos X rayos infrarrojo.

C) ondas de TV, rayos IR, luz visible.

D) rayos gamma, luz visible, microondas.

20

1.36. Los hornos de microondas utilizan ondas de:

A) alta energía.

B) radiación no ionizante.

C) radiación ionizante.

D) luz visible.

1.37. Características de los paquetes de energía, llamados cuantos:

A) Todos tienen la misma longitud de onda pero distinta frecuencia.

B) Todos tienen la misma frecuencia pero distinta longitud de onda.


25 de 180 24/08/15 15:19

C) Su energía no depende de la frecuencia.

D) Cuando tienen mayor frecuencia presentan mayor energía.

1.3.4 Planck, la energía y los cuantos

La cantidad mínima de energía radiante que un átomo puede absorber o emitir está

relacionada con

su frecuencia de acuerdo a la ecuación: E = hν, donde h es la constante de Planck y tiene un

valor

igual a 6.63 X10-34 Js y ν es la frecuencia.

Esta cantidad mínima de energía se llama cuanto. Según Planck, la energía está cuantizada,

lo que

significa que sólo puede tener ciertos valores permitidos. Los cuantos de energía luminosa

reciben el

nombre de fotones y cada fotón transporta esta energía.

Autoevaluación

1.38. De acuerdo con la ecuación de Planck, la energía es directamente proporcional a:

A) la frecuencia.

B) la longitud de onda.

C) los fotones.

D) la velocidad de la luz

1.39. La energía sólo se puede absorber o emitir en cantidades específicas, esto significa que

la

energía está:

A) cuantizada.

B) aumentada.

D) liberada. E) almacenada.

1.40. La cantidad de energía luminosa que puede absorber o emitir un objeto depende de su:

A) calor y temperatura.

B) frecuencia y longitud de onda.

C) radiación y fisión.

D) ionización y absorción.

1.3.5 Espectro del átomo de hidrógeno y teoría atómica de Bohr

Haciendo incidir luz sobre algún material, sus electrones absorben parte de la radiación y se

obtiene

un espectro de líneas que solo muestra longitudes de onda específica.

Cada elemento presenta un espectro diferente. Los espectros que aparecen como líneas

brillantes se

llaman espectros de emisión y resultan cuando los electrones emiten energía. Un espectro de

absorción se caracteriza por líneas obscuras sobre el espectro, y es cuando los electrones

absorben

energía.


26 de 180 24/08/15 15:19

21

Bohr propuso un modelo para el átomo, donde el átomo posee un núcleo cargado

positivamente y en

el cual se encuentra contenida casi toda la masa, mientras que las cargas negativas se

encuentran

girando alrededor del núcleo. Los postulados de la teoría atómica de Bohr se resumen a

continuación:

1. Los electrones se mueven únicamente enórbitas circulares alrededor del núcleo. Cada

órbita

se encuentra a una distancia determinada del núcleo y representa un nivel específico de

energía.

2. Mientras los electrones se mueven en un nivel no ganan ni pierden energía.

3. Los electrones pueden pasar a un nivel de mayor energía cuando el átomo absorbe

energía y

regresan a su nivel original cuando el átomo desprende energía.

Cuando los electrones están en su nivel energético original, se dice que se encuentran en un

estado

basal. Cuando los electrones pasan de un nivel a otro, absorbiendo energía, se dice que se

encuentran en un estado excitado.

La energía absorbida o emitida por el átomo, cuando un electrón cambia de un nivel a otro,

es una

cantidad determinada de energía, a la cual se le denomina cuanto o paquete de energía. Un

cuanto de

energía luminosa, ya sea absorbido o desprendido por el átomo se le llama fotón.

Autoevaluación

1.41. De acuerdo al modelo de Bohr, cuando un electrón se aleja a un nivel de mayor energía

es

porque:

A) absorbe energía.

B) emite energía.

C) libera energía.

D) pierde energía.

1.42. Cuando un átomo emite energía es porque un electrón:

A) salta a un nivel mayor.

B) regresa a su nivel original.

C) pasa a un estado excitado.

D) cae al núcleo.

1.43. Las órbitas estacionarias o niveles de energía del modelo atómico de Bohr, pueden


27 de 180 24/08/15 15:19

tomar los

valores numéricos:

A) n = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7

B) n = 0, 1, 2, 3…∞

C) n = 1, 2, 3, 4 y 5

D) n = 1, 2, 3,4, 5, 6 y 7.

1.3.6 Fisión y fusión

1.3.7 Ley de la interconversión de la materia y la energía

La cantidad de energía que se emite en las reacciones nucleares es enorme. La fuente de

energía

nuclear es la transformación de masa en energía. Esta transformación fuepredicha por Albert

Einstein en 1905 en su ecuación: E = mc2.

La energía en las reacciones nucleares básicamente se obtiene por dos procesos: fisión y

fusión

nuclear. En la fisión nuclear se tiene la ruptura de un núcleo pesado, generalmente en dos

núcleos

de menor masa, acompañada de emisión de neutrones y radiaciones, como sucede en una

explosión

nuclear. En la fusión nuclear se logra que dos núcleos pequeños formen uno mayor con

liberación

de energía, como sucede en el Sol.

22

Reacción en cadena: es cuando al bombardear un átomo con neutrones, este átomo

radioactivo se

divide, produciendo más neutrones, los que a su vez son capaces de dividir a más átomos.

Autoevaluación

1.44. En la expresión matemática de la ley de la interconversión de la materia en energía, se

obtiene

un valor de energía muy alto debido a que debe considerarse:

A) la velocidad de la luz.

B) el número de Avogadro.

C) la constante de Planck.

D) el número de átomos.

1.45. La reacción que se produce cuando un neutrón llega al núcleo de un átomo de 235U, el

cual se

desintegra transformándose en bario, kriptón y 3 neutrones, continuándose sucesivamente,

se llama

reacción:

A) de fusión nuclear. B) de neutrones.


28 de 180 24/08/15 15:19

C) parcial.

D) en cadena.

1.46. La transformación de masa en energía, está representada por la ecuación:

A) E = hν

B) E = mc2 C) E = 2mc D) E = 1/2 mv2

1.47. La fuente de energía de estrellas como el Sol, es la:

A) fusión nuclear.

B) fisión nuclear.

C) combustión de hidrógeno.

D) combustión de helio.

1.48. En una reacción de fusión nuclear, se obtiene helio, producto de la unión de núcleos

ligeros de:

A) deuterio y deuterio

B) tritio y tritio

C) deuterio y protio

D) deuterio y tritio

1.4 El hombre y sudemanda de energía.

1.4.1 Generación de energía eléctrica

En el año de 1879 se inicia el empleo de la electricidad en procesos industriales; en julio de

1880 se

llevaron a cabo los primeros experimentos para el alumbrado público. Se colocaron en la

ciudad de

México dos focos de arco voltaico: uno en el kiosko central y otro en la esquina suroeste del

jardín

de la Plaza de la Constitución. Meses más tarde, la compañía de Samuel B. Knight instaló 40

lámparas incandescentes de arco en el Zócalo del D.F. Una década después, México

construye su

primera planta hidroeléctrica en Batopilas, Chihuahua, aprovechando como fuente primaria

para la

generación eléctrica los saltos y caídas de agua de los ríos. El francés Arnold Vaquié

mediante una

concesión gubernamental promovió el primer proyecto importante para generar energía

eléctrica por

medio de las caídas de agua del río Necaxa, hecho que dio origen a la empresa canadiense

Mexican

Light & Power Company, Limited, la cual posteriormente cambiaría su denominación a la de

Compañía Mexicana de Luz y Fuerza Motriz.

23


29 de 180 24/08/15 15:19

1.4.2 Obtención de energía eléctrica

Las centrales termoeléctricas producen la electricidad a partir de la energía calorífica

desprendida

por la combustión de diesel, carbón, gas natural, combustóleo y otros aceites pesados. El

combustible es quemado y la energía térmica producida por la combustión se transfiere al

agua que

se encuentra en los tubos de la caldera. Así el agua se transforma en vapor que pasa a las

turbinas e

impulsa sus paletas haciéndolas girar. Dicho movimiento en el generador, ocasiona el

fenómeno de

electromagnetismo que convierte la energía cinética en electricidad.

La función de una planta hidroeléctrica es utilizar laenergía potencial de agua almacenada en

un

lago, a una elevación más alta y transformarla, primero en energía mecánica y luego en

eléctrica.

Este proceso toma en consideración varios factores entre los cuales el más importante es la

caída del

agua. Las centrales hidroeléctricas constituyen la fuente de energía más apropiada para un

desarrollo

ecológicamente sostenible: energía limpia, renovable y descentralizada y que generan una

parte

importante de la producción total de electricidad.

Las centrales nucleoeléctricas tienen cierta semejanza con las termoeléctricas

convencionales, ya

que también utilizan vapor a presión para mover las turbinas o turbogeneradores. En este

caso se

aprovecha la energía térmica que se obtiene al fisionar, en forma controlada, los átomos de

un

isótopo de uranio en el interior de un reactor para producir el vapor que activa las turbinas.

1.4.3 Análisis de beneficios y riesgos del consumo de energía

El beneficio o riesgo del consumo de energía radica en las fuentes de donde proviene.

Los combustibles fósiles aportan el 88% de la energía mundial actual, por constituir la forma

más

barata de producir energía. Sin embargo, su combustión libera gases contaminantes como

CO2,

óxidos de azufre y de nitrógeno, estos últimos, junto con los hidrocarburos que se liberan de

los

depósitos o por la combustión incompleta, producen la contaminación por ozono y el smog

fotoquímico.

1.4.4 Energías limpias


30 de 180 24/08/15 15:19

Desde los comienzos mismos de su existencia en la Tierra, el hombre ha usado la energía

solar. El

comienzo de la revolución solar, representa una oportunidad para desarrollar un ideal: extraer

energía de una fuente natural, inagotable y no contaminante.

Actualmente se cuenta con latecnología que aprovecha la energía solar para producir

electricidad a

partir de celdas fotoeléctricas y termosolares.

El biogás es una mezcla de gases cuyos principales componentes son el metano y el bióxido

de

carbono. Se produce como resultado de la fermentación de la materia orgánica en ausencia

de aire,

por la acción de microorganismos. El biogás por su alto contenido de metano (54-70%), es

una

fuente de energía que puede usarse para cocinar, iluminar, operar maquinaria agrícola,

bombear

agua, generar calor o electricidad.

24

Autoevaluación

1.49. Los principales combustibles utilizados en las plantas termoeléctricas son:

A) diesel, carbón e hidrógeno.

B) carbón vegetal y hulla.

C) carbón vegetal y madera.

D) diesel, carbón y gas natural.

1.50. Las plantas hidroeléctricas, para producir electricidad, aprovechan del agua su energía:

A) eólica.

B) térmica.

C) eléctrica.

D) mecánica.

1.51. En las plantas nucleoeléctricas, se utiliza como combustible un isótopo de uranio,

pareciéndose mucho a las plantas:

A) termoeléctricas.

B) eoloeléctrica.

c) hidroeléctricas.

D) solares.

1.52. El smog fotoquímico es uno de los riesgos para la salud del hombre, ocasionado por el

uso

inmoderado de:

A) celdas solares.


31 de 180 24/08/15 15:19

B) residuos nucleares.

C) combustibles fósiles.

D) vapor de agua.

1.53. Dentro de las alternativas para usar otras fuentes de energía no contaminantes se

encuentra el

uso de:

A) carbón vegetal. B) alcohol etílico. C) petróleo. D) fotoceldas.

25

RESPUESTAS

1.1.- D) energía luminosa y térmica

1.2.- C) química y nuclear.

1.3.- C) química en eléctrica.

1.4.- B) medida de la energía cinética promedio de las partículas, se mide en Kelvin.

1.5.- D) se transfiere del cuerpo de mayor al demenor temperatura.

1.6.- B) las estamos transformando en formas no aprovechadas.

1.7.- A) sólido, líquido y gas

1.8.- C) forma definida y fuerte cohesión entre sus partículas.

1.9.- B) líquido, sólido y gas.

1.10.- A) mezcla heterogénea, sustancia pura y mezcla homogénea.

1.11.- A) la partícula más pequeña que interviene en una reacción química.

1.12.- B) electrones.

1.13.- A) protones.

1.14.- A) protones.

1.15.- C) A=32, e=15

1.16.- C) cristalización.

1.17.- A) filtración.

1.18.- D) destilación.

1.19.- A) color, olor, sabor.

1.20.- B) reactividad, comburente, corrosivo.

1.21.- C) Q,F,Q,F

1.22.- D) la parafina se transforma en CO2 y agua.

1.23.- A) radioisótopos.

1.24.- B) carga negativa.

1.25.- B) los rayos gamma.

1.26.- C) radioisótopos.

1.27.- B) desintegran.

1.28.- D) carga positiva y alcance corto.

1.29.- C) polonio y radio.


32 de 180 24/08/15 15:19

1.30.- D) gamma.

1.31.- D) alfa.

1.32.- B) contador Geiger.

1.33.- A) todas las formas de radiación electromagnética son visibles.

1.34.- D) infrarrojo y ultravioleta

1.35.- A) rayos UV, rayos X, rayos cósmicos.

1.36.- B) radiación no ionizante.

1.37.- D) Cuando tienen mayor frecuencia presentan mayor energía.

1.38.- A) la frecuencia.

1.39.- A) cuantizada.

1.40.- B) frecuencia y longitud de onda.

1.41.- A) absorbe energía.

1.42.- B) regresa a su nivel original.

1.43.- D) n = 1, 2, 3, 4 5, 6 y 7.

1.44.- A) la velocidad de la luz.

1.45.- D) en cadena.

26

1.46.- B) E = mc2

1.47.- A) fusión nuclear.

1.48.- D) deuterio y tritio.

1.49.- D) diesel, carbón y gas natural.

1.50.- D) mecánica.

1.51.- A) termoeléctricas.

1.52.- C) combustibles fósiles.

1.53.- D) fotoceldas.

BIBLIOGRAFÌA

Brown, T., et al. (2004). Química: la ciencia central. PearsonEducation, México.

Chang, R. (2007). Química. Mc Graw Hill Interamericana Editores, México.

Hein & Arena (2005). Fundamentos de Química. Thomson, México.

Garrtiz Ruiz, A. & Chamizo Guerrero, J.A. (2001) Tú y la química. Pearson education, México.

Zárraga Sarmiento, J.C. et al. (2003) Química. Mc Graw Hill Interamericana, México.

27

28

UNIDAD 2

AIRE, INTANGIBLE PERO VITAL


33 de 180 24/08/15 15:19

PROPÓSITOS DE LA UNIDAD

1.

2.

3.

4.

Reconocer la importancia que tiene el aire en el desarrollo de la vida.

Relacionar las propiedades y leyes de los gases con su organismo y el entorno.

Adquirir la noción de mol.

Establecer la importancia de la concentración de las sustancias contaminantes en la calidad

del aire.

5. Informar sobre la contaminación atmosférica.

29

INTRODUCCIÓN

La atmósfera es la mezcla gaseosa que rodea a la Tierra, se formó hace unos 4600 millones

de años

con el nacimiento de la Tierra, al principio los componentes principales fueron H2 y He y la

mayor

parte de la atmósfera primitiva se perdería en el espacio, pero con la actividad volcánica,

nuevos

gases como: N2, NH3, CO2, CH4, SO2 y vapor de agua se fueron liberando de las rocas que

forman

nuestro planeta y dieron a la atmósfera un carácter reductor que propició la formación de la

vida.

Hace unos 2500 millones de años, con la aparición de los vegetales verdes se inicia la

actividad

fotosintética de los seres vivos en la que se producen oxígeno, ozono, azúcares y almidones

a partir

de CO2, H2O y luz solar y hace unos 1000 millones de años la atmósfera llegó a tener una

composición similar a la actual.

También ahora los seres vivos siguen desempeñando un papel fundamental en el

funcionamiento de

la atmósfera. Las plantas y otrosorganismos fotosintéticos toman CO2 del aire y devuelven

O2,

mientras que la respiración de los animales y la quema de bosques o combustibles realiza el

efecto

contrario: retira O2 y devuelve CO2 a la atmósfera.

La mezcla de gases que llamamos aire por acción de la gravedad, mantiene la proporción de


34 de 180 24/08/15 15:19

sus

distintos componentes casi invariable hasta los 80 km sobre el nivel del mar, aunque cada

vez más

menos denso conforme vamos ascendiendo. A partir de los 80 km la composición se hace

más

variable.

En la Grecia antigua, para Anaxímenes, el aire era el principio de todas las cosas.

Empédocles lo

consideró uno de los cuatro elementos primordiales (junto con el agua, el fuego y la tierra).

Para los

alquimistas medievales, aire era una denominación genérica que designaba diversos gases:

el

oxígeno era el aire vital, el hidrógeno era el aire inflamable.

Considerado después como un elemento simple, su carácter de mezcla fue demostrado por

Lavoisier

a mediados del siglo XVIII. Los componentes constantes del aire son: nitrógeno (78%),

oxígeno

(21%), gases inertes e hidrógeno (1%); además, contiene cantidades pequeñas y variables

de dióxido

de carbono y vapor de agua. Esta composición se mantiene aproximadamente constante

hasta los

3,000 m de altitud, lo cual permite que se produzcan los procesos de oxidación y combustión.

El aire

es un fluído transparente, incoloro e inodoro, buen aislante térmico y eléctrico. En

condiciones

normales, un litro de aire pesa 1,29 g.

30

¿Qué es el aire?

2.1.1 Mezcla homogénea indispensable para la vida

El aire atmosférico o atmósfera, es una mezcla en estado gaseoso que envuelve a la Tierra.

Su

composición ha variado mucho desde la etapa de formación del planeta Tierra, alprincipio

contenía

H2 y He, pero la actividad de los volcanes liberó otros gases como nitrógeno, amoníaco,

agua,

dióxido de carbono, metano, ácido clorhídrico y dióxido de azufre, los cuales le dieron un

carácter

reductor a la atmósfera, lo que permitió la formación de la vida.


35 de 180 24/08/15 15:19

Con la aparición de los vegetales verdes se inició la reacción de fotosíntesis en la que se

producen

oxígeno, azúcares y almidones a partir del dióxido de carbono, agua y luz solar. Con ello, la

atmósfera perdió su carácter reductor y se oxidaron muchos de los metales que aún se

encontraban

en la superficie. Adicionalmente, se formó la capa de ozono que protegió de los rayos

ultravioleta

para propiciar el desarrollo de la vida en la Tierra.

Autoevaluación

2.1. Al principio la atmósfera contenía hidrógeno y helio. La actividad volcánica liberó los

siguientes gases que propiciaron la formación de la vida:

A. N2, NH3, H2O, CO2, CH4, HCl, SO2

B. CO2, H2O, O2, CH4, Ne

C. HCl, SO2, O2, CO2, Ar

D. Kr, O2, H2O, Ar, Ne, CO2, CH4

2.1.2 Composición del aire

En la actualidad el aire está constituido por una mezcla homogénea de gases, cuya

proporción le

genera propiedades físicas, químicas y biológicas que permiten la vida y existencia de los

seres

vivos inmersos en él. La composición promedio del aire seco es la siguiente:

FÓRMULA

N2

O2

Ar

CO2

Ne

CH4

H2

He

Kr

otros

TOTAL

% VOLUMEN

78.09000

20.94000

0.93000

0.03680

0.00180


36 de 180 24/08/15 15:19

0.00015

0.00005

0.00052

0.00010

0.00068

100.00000

Autoevaluación

2.2. Si el porcentaje de oxígeno en el aire fuese mayor:

A. sería más difícil encender una fogata.

B. se tendría una atmósfera inerte.

C. se disminuiría la contaminación.

D. los alimentos se descompondrían más fácilmente.31

2.3.

A.

B.

C.

D.

El aire es:

una mezcla que contiene 60% de O2, 39% de N2 y otros gases.

un compuesto que contiene 78.0% de N2, 20.9% de O2 y 1.1% otros gases.

una mezcla heterogénea que contiene 78.0% de O2, 20.9% de N2 y 1.1% de otros gases.

una mezcla homogénea que contiene 78.0% de N2, 20.9% de O2 y 1.1% de otros gases.

2.2 Propiedades físicas de los gases

Las propiedades generales de los gases son las siguientes:

A diferencia de los demás estados de agregación, los gases no tienen superficies libres.

El punto de ebullición de los gases es menor que el de los líquidos y sólidos.

Los gases se expanden uniformemente llenando el recipiente que los contiene.

Las moléculas de un gas se mueven a altas velocidades, de tal forma que, el choque de

ellas

contra las paredes del recipiente generan la presión.

Se difunden rápidamente uno en otro.

Las fuerzas de cohesión (intermoleculares) son más débiles que las de líquidos y sólidos.

Ejercen presión sobre las paredes del recipiente que los contiene. Es el efecto de muchas

moléculas gaseosas golpeando las paredes del recipiente.

La velocidad y la presión que ejercen las moléculas aumenta con la temperatura.

A presión constante, el volumen de un gas aumenta con la temperatura.


37 de 180 24/08/15 15:19

La materia se encuentra en equilibrio en el punto crítico (ciertos valores de T y P), cuando

desaparece la frontera bien definida entre sus fases líquida y gaseosa. Los gases pueden

comprimirse por debajo de su temperatura crítica, la compresión termina por licuarlos.

La cantidad de gas que se disuelve en un líquido depende de la presión y de la solubilidad

del

mismo.

2.3 Leyes de los gases

Para el estudio de los gases se ha observado sucomportamiento en cuanto a los cambios y

relaciones

que existen entre su presión (P) y temperatura (T) con respecto a su volumen (V) a una

cantidad de

materia (n) definida, [V = f (P, T, n)]; y si cumplen sin ninguna desviación las hipótesis y leyes

que

rigen este comportamiento, se denominan gases ideales.

Las leyes de los gases consideran entre sus variables la temperatura absoluta cuyo cero es

el punto

de partida de la existencia de la energía, que en el sistema ISO se emplea la escala Kelvin

cuyo cero

absoluto 0 K = −273.15 °C; en este sistema la presión se mide en pascales (Pa) y al nivel del

mar

tiene los siguientes valores y equivalencias: 1 atm = 760 torr = 760 mmHg = 101 325 Pa y el

volumen puede expresarse en 1 L = 1000 mL = 0.001 m3

32

Es conveniente elegir una presión y una temperatura estándar como punto de referencia para

el

estudio del comportamiento de los gases, y así por acuerdo internacional se fijaron como

condiciones estándar o normales de temperatura y presión (CNTP) los siguientes valores:

temperatura = 273.15 K y presión = 1 atm.

2.3.1

Ley de Boyle y Mariotte

Si para un gas ideal la temperatura (T) se mantiene constante, el volumen (V) que ocupa su

masa es

inversamente proporcional a la presión (P) aplicada.

Expresión matemática

V ∝ 1/P


38 de 180 24/08/15 15:19

V = k 1/P

PV = k

PiVi = PfVf

Expresión gráfica

T = cte. en K ; n = cte.

isoterma

Ejemplo:

Al nivel del mar y 20 oC de temperatura, un gas ocupa un volumen de 30 L. ¿Qué volumen

ocupara

en la Cd. de México a la misma temperatura?

Información previa: El planteamiento de este problema implica saber que al nivel del mar la

presión atmosférica tiene un valor de 1 atm = 760 mm Hg; y en el caso particular del D. F., el

estudiantedebe conocer que la presión atmosférica que ejerce el aire que respiramos tiene un

valor

de 585 mm Hg.

Resolución:

Datos

Incógnita Ecuaciones

Operaciones

T = constante

Vf

Pi Vi = Pf Vf

Vi = 30 L

Vf =

= 38.97 L

Pi = 760 mm Hg

Vf =

Pf = 585 mm Hg

Autoevaluación

2.4.En una tormenta eléctrica se provoca una reacción química entre el nitrógeno y el

oxígeno

produciendo NO. ¿Cuál será el volumen de monóxido de nitrógeno que se genera en la

Ciudad

de México donde la presión es de 585 mm Hg, si en un lugar colindante a una playa el

volumen

que se produce es de 25 L?

A. 19.24 L

B. 0.04 L


39 de 180 24/08/15 15:19

C. 32.47 L

D. 14625 L

2.5.

Un globo que tiene un volumen de 4 litros a la presión de 1 atm y temperatura constante, si

se comprime hasta un volumen de 3.7 L . ¿Cuál será su presión final?

A. 821.6 atm

B. 586 torr

C. 821.6 torr

D. 0.777 atm

33

2.3.2

Ley de Charles

Para un gas ideal, si la presión se mantiene constante (P), el volumen (V) que ocupa una

masa

definida del gas, es directamente proporcional a la temperatura absoluta (T) que se le aplica.


V∝T

V = kT

V/T = k

Vi / Ti = Vf / Tf

Expresión gráfica

V(L)

isobara

P = cte.

n = cte.

T(K)

Ejemplo:

Al nivel del mar y a 20 oC de temperatura, un gas ocupa un volumen de 30 L. ¿Qué volumen

ocupara si se enfría hasta una temperatura de 0 oC?

Información previa: En la resolución de problemas sobre comportamiento de gases la

temperatura


40 de 180 24/08/15 15:19

siempre se considera absoluta en la escala Kelvin.

Resolución:

Datos


Operaciones

P = constante

Vf

=

Vi = 30 L

Vf =

= 27.95 L

Vf =

ti = 20 oC =293 K

tf = 0 oC = 273 K

Autoevaluación

2.6. El cuerpo humano adulto consume 500 mL de aire en cadarespiración cuando se

encuentra a

nivel del mar y a 25 °C. ¿Cuál será el volumen de aire que consume en una mañana donde la

temperatura es 10 °C, si no se modifica la presión?

A. 474.83 mL

B. 200 mL

C. 526.50 mL

D. 168.66 mL

2.7.

La parafina contenida en una vela reacciona en presencia de oxígeno y libera 25 moles de

CO2 que ocupan un volumen de 781.07 L a una temperatura de 20 °C. en la Ciudad de

México,

¿Cuál será el volumen que ocupe cuando la temperatura disminuye a 10 °C?

A. 808.66 L

B. 3.90 L

C. 390.53 L

D. 754.41 L

34

2.3.3

Ley de Gay – Lussac


41 de 180 24/08/15 15:19

Para un gas ideal, si el volumen (V) permanece constante, la presión (P) de una masa dada

de gas

varía en forma directamente proporcional con su temperatura absoluta (T).


P∝T

P = kT

P/T=k

Pi / Ti = Pf / Tf

Expresión gráfica

P(atm)

V = cte.

n = cte.

isocora

T(K)

Ejemplo:

Un gas se encuentra dentro de un recipiente a volumen constante y a una presión de 2 atm y

una

temperatura de 80 oC. ¿Qué presión tendrá si se enfría hasta una temperatura de 0 oC?

Información previa: En la resolución de problemas sobre comportamiento de gases la

temperatura

siempre se considera absoluta en la escala Kelvin.

Resolución:

Datos


Operaciones

V = constante

Pf

=

Pi = 2 atm

Vf =

= 1.54 atm

ti = 80 oC =353 K

Pf =

tf = 0 oC = 273 K

Autoevaluación

2.8. Un tubo de vidrio sellado contiene 0.2 g de CO2 a 25 °C a una presión de 844 torr. Las


42 de 180 24/08/15 15:19

especificaciones del fabricante indican que el tubo de vidrio soporta como máximo 1702.4

torr.

¿Cuál será la temperatura en grados Celsius a la que puede romperse el tubo?

A. 328 °C

B. 212 °C

C. 50.4 °C

D. 573 °C

2.9.

Se tienen dos recipientes deigual volumen . Uno se encuentra en la Cd. De México donde

hay una presión de 585 mmHg con una temperatura de 25 °C. El otro recipiente se encuentra

al

nivel del mar donde hay una presión de 760 mmHg ¿Cuál será la temperatura del segundo

recipiente?

A. 114.14 °C

B. 229.38 °C

C. 32.4 °C

D. 19.2 °C

35

2.3.4

Ley combinada de los gases

Esta ley surge debido a que no siempre se mantiene una variable constante. El triángulo

siguiente

indica la forma en que las leyes se combinan para dar una nueva fórmula.

T

Directamente proporcional

Ley de Gay Lussac

Pi / Ti = Pf / Tf

n, V = cte

P

n = cte

Ley combinada

Pi Vi / Ti = Pf Vf / Tf

Inversamente proporcional

Ley de Boyle y Mariotte


43 de 180 24/08/15 15:19

Pi Vi = Pf Vf

n, T = cte

Directamente proporcional

Ley de Charles

Vi / Ti = Vf / Tf

n, P = cte

V

Ejemplo:

Al nivel del mar un gas ocupa un volumen de 30 L a 40 oC de temperatura. ¿Qué volumen

ocupará

en la Cd. de México a una temperatura de 10 oC?

Información previa: El planteamiento de este problema implica saber que al nivel del mar la

presión atmosférica tiene un valor de 1 atm = 760 mm Hg; y en el caso particular del D. F., el

estudiante debe conocer que la presión atmosférica que ejerce el aire que respiramos tiene

un valor

de 585 mm Hg y la temperatura siempre se considera absoluta en la escala Kelvin.

Resolución:

Datos


Operaciones

Vi = 30 L

Vf

=

Pi = 760 mm Hg

Vf =

= 35.23 L

Vf =

ti = 40 oC =313 K

tf = 10 oC =283 K

Pf = 585 mm Hg

Autoevaluación

2.10. Ciertas bacterias se encargan de descomponer los nitratos y nitritos mediante el

proceso de

desnitrificación para producir N2 y contribuir al ciclo del nitrógeno. ¿Cuál será la temperatura

en

grados Celsius a laque deben estar las bacterias para producir 44 L del gas en la Ciudad de

México, si producen 47 L cuando se encuentran en un sembradío en el Estado de México

donde


44 de 180 24/08/15 15:19

la presión es de 540 mm Hg y la temperatura de 10 °C?

A. 10.14 °C

B. 14.01 °C

C. 6.04 °C

D. 54.48 °C

2.11. Un dirigible publicitario con capacidad de 5000 L viaja sobre la Ciudad de México a una

altura donde la presión es de 500 mm Hg y la temperatura de 15 °C. ¿Cuál será su volumen

si la

temperatura desciende a 10 °C debido a que se eleva hasta llegar a una presión de 480 mm

Hg?

A. 5117.9 L

B. 5300.35 L

C. 3472.22 L

D. 4716.66 L

36

2.4 Teoría cinética de los gases

El estudio teórico del comportamiento de los gases se llama teoría cinética de los gases y se

apoya

en una serie de leyes y modelos físicos y matemáticos aplicables a los gases. Para entender

mejor el

comportamiento de un gas siempre se realizan estudios con respecto al gas ideal aunque

éste en

realidad nunca existe, si se quiere afinar más o si se quiere medir el comportamiento de

algún gas

que escapa al comportamiento ideal habrá que recurrir a las ecuaciones de los gases reales

que son

variadas, más complicadas y más precisas.

El modelo de los gases ideales posee las características siguientes:

1) Las partículas de un mismo gas, denominadas átomos y/o moléculas, deben tener igual

masa y

tamaño.

2) Las partículas del gas son impenetrables entre sí en el espacio que ocupan.

3) Las partículas del gas están en constante movimiento y sus choques o colisiones son

totalmente

elásticos, es decir, la suma de las energías cinéticas de las partículas involucradas es

constante.

Antes de la colisión

v1i


45 de 180 24/08/15 15:19

m1

Después de la colisión

v2i

v1f

v2f

m2

4) Elfenómeno conocido como presión es causado por las colisiones de las moléculas contra

las

paredes internas del recipiente que las contiene.

5) En CNTP el diámetro de las moléculas es 1/10 de la distancia que las separa y como

resultado

deben ocupar un volumen real de 1/1000 del volumen total del recipiente que las contiene.

6) El número de moléculas por unidad de volumen siempre es el mismo a presión y

temperatura

constantes, para cualquier gas.

7) La temperatura absoluta de un gas es función solamente del promedio de la energía

cinética de

todas sus moléculas.

Autoevaluación

2.12. De los siguientes enunciados, los correctos para el modelo cinético molecular de los

gases

son:

1. Los gases están formados por partículas muy pequeñas llamadas átomos o moléculas.

2. El gas está constituido en su mayor parte por espacios vacíos, debido a que las partículas

se

encuentran muy separadas.

3. Las partículas se atraen constantemente buscando estar ordenadas.

4. Las partículas no se mueven rápido por lo que no chocan entre sí.

5. El movimiento de las partículas aumenta cuando la temperatura se eleva.

A. 1,3,5

B. 1,2,3,4

C. 1,2,4,5

D. 1,2,5


46 de 180 24/08/15 15:19

37

2.5 Mol, masa molar, número de Avogadro, ley de Avogadro, volumen molar

Mol (n) es la cantidad de materia expresada en gramos (g) que contiene el mismo número de

partículas que el número exacto de átomos contenidos en 12 g del isótopo de carbono 12.

Número de Avogadro (NA) es la cantidad de 6.023 x 10 23 partículas; están contenidas en

una mol

de cualquier clase de materia. Este número es tan grande que difícilmente lo podríamos

imaginar. A

continuación se dan algunos ejemplos de materia con el tipo de partículas contenidas en un

mol:

Materia

Elementos

1 mol decarbono (C)

1 mol de aluminio (Al)

Número de partículas

Tipo de partícula

6.023 x 1023

6.023 x 1023

Átomos de carbono

Átomos de aluminio

1 mol de cloro (Cl2) en átomos 2(6.023 x 1023) = 12.046 x 1023

1 mol de cloro (Cl2) en

6.023 x 1023

moléculas

Compuestos

1 mol de agua (H2O)

6.023 x 1023

1 mol de agua (H2O)

6.023 x 1023

1 mol de agua (H2O)

2 x 6.023 x 1023

1 mol de sacarosa (C12H22O11)

6.023 x 1023


47 de 180 24/08/15 15:19

Átomos de cloro

Moléculas de cloro

Moléculas de agua

Átomos de oxígeno

Átomos de hidrógeno

Moléculas de sacarosa

Se puede determinar la cantidad de partículas (N) que hay en una determinada cantidad de

materia

expresada en masa o en moles. Por ejemplo:

Cantidad en mol

Cantidad en masa

0.5 mol de agua (H2O)

9 g de agua (H2O)

Cantidad de

partículas (N)

3.0125 x 1023

23


9 g de agua (H2O)

3.0125 x 10


9 g de agua (H2O)

6.023 x 1023

Tipo de partícula

Moléculas de agua

Átomos de oxígeno

Átomos de hidrógeno


48 de 180 24/08/15 15:19

En la tabla periódica se registran las masas atómicas y para facilitar los cálculos en

ocasiones se

redondean a números enteros. Por ejemplo la masa atómica del carbono es 12,0107 uma y la

masa

atómica para el oxígeno es de 15,9994 uma, los cuales al redondearse quedan en 12 uma y

16 uma

respectivamente.

La masa molecular es la suma de las masas atómicas de los átomos de los elementos que

constituyen una molécula y se denomina masa fórmula cuando se trata de un compuesto

iónico. Por

ejemplo la masa molecular del dióxido de carbono (CO2) es de 12 + 16 + 16 = 44 uma.

Como nadie puede colocar un átomo o una molécula en un recipiente para poder efectuar

una

reacción química, es necesario trabajarcon muestras que contengan muchos átomos o

moléculas y

cuya masa se pueda determinar en gramos empleando una balanza de laboratorio, entonces

se

considera que un mol de partículas contiene la masa reportada en la tabla periódica

expresada en

38

gramos (g), de tal forma que, surge una nueva relación que se define como masa molar (M) y

sus

unidades son (g/mol). Por ejemplo la masa molar del dióxido de carbono (CO2) es de 12 + 16

+ 16 =

44 g/mol.

Sustancia

Ejemplos de una mol, su masa molar y número de partículas

Masa molar

Número de partículas

(g/mol)

Elementos

Sodio

Hierro

Compuestos

Fluoruro de sodio

Glucosa


49 de 180 24/08/15 15:19

23

56

6.023 x 10 23 átomos de Na

6.023 x 10 23 átomos de Fe

42

180

6.023 x 10 23 unidades formulares de NaF

6.023 x 10 23 moléculas de C 6 H 12 O 6

Un mol de un compuesto está formada a su vez por moles de los elementos que la

constituyen. Por

ejemplo para formar un mol de dióxido de carbono (CO2) se requieren un mol de carbono y

dos

moles de oxígeno. Los subíndices de la fórmula lo indican.

Ejemplos de una mol de compuestos

1 mol de compuesto

1 mol de agua (H2O)

1 mol de Glucosa C 6 H 12 O 6

Número de moles del elemento

2 mol de hidrógeno

1 mol de oxígeno

6 mol de carbono

12 mol de hidrógeno

6 mol de oxígeno

La ley de Avogadro dice que volúmenes iguales de gases diferentes (en las mismas

condiciones de

temperatura y presión) contienen el mismo número de moléculas.

El volumen molar ( V ) corresponde a una mol de cualquier gas y corresponde a 22.4 L

cuando se

encuentra en condiciones normales de temperatura y presión (CNTP) que son de 273 K y

1atm.

Ejemplos:

1. Determina la masa molar para el agua.

a) Escribe la fórmula y considera como base un mol delcompuesto.

b) Determina el número de moles de cada elemento presentes en un mol del compuesto.


50 de 180 24/08/15 15:19

c) Consulta la masa atómica de cada elemento en la tabla periódica (puedes redondear a un

número entero) y exprésala en gramos.

d) Para cada elemento multiplica el número de moles por la masa atómica correspondiente.

e) Suma los resultados del paso anterior y expresa la masa molar en g/mol

Para una mol de agua (H2O)

Fórmula

Elementos

H2O

H

O

Número

de Masa atómica Número de moles x

moles

(g)

masa atómica

2

1g

2g

1

16 g

16 g

18 g/mol

Masa molar (M) H2O

39

2. Calcula la cantidad de moléculas que hay en 20 g de agua.

Datos

N = X moléculas M = 18

H2O

NA = 6.023 x 1023

m = 20 g H2O

Operación

N = ( 6.023 x 1023

)(

)( 20 g H2O)


51 de 180 24/08/15 15:19

Resultado

N = 6.69 x 1023 moléculas H2O

Autoevaluación

2.13. La cantidad de una sustancia que contiene 6.023 x 1023 unidades elementales,

pudiendo ser

átomos o moléculas, se conoce como:

A. masa molar.

B. masa atómica.

C. masa molecular.

D. mol.

2.14. El siguiente enunciado “Volúmenes iguales de diferentes gases en CNTP contienen el

mismo número de moléculas”, corresponde a la Ley:

A. de Avogadro.

B. de Charles.

C. de Boyle.

D. de Gay Lussac.

2.15. ¿Cuál de los siguientes valores corresponde a un mol de H2 y de N2?

A. 2 g B. 12 uma

C. 6.023 x 1023 átomos

D. 6.023 x 1023 moléculas

2.16.

A.

B.

C.

D.

¿Cuál de los siguientes enunciados no es consistente con el concepto de mol?

Una mol de 12C tiene una masa de 12 gramos.

Una mol de gas Cl2 contiene 6.023 x 1023 átomos de cloro.

Una mol de NaCl contiene 6.023 x 1023 unidades formulares.

Una mol de Na contiene 6.023 x 1023 átomos de sodio.

2.17. ¿A cuántas moles equivalen 6.46 g dehelio?

A. 1.613 mol

B. 3.230 mol

C.

2.001 mol

D.


52 de 180 24/08/15 15:19

0.161 mol

2.18. El número de moléculas presentes en 1 x 10 -12 g de una feromona con fórmula

C19H38, es:

A. 2.351

x

109 B. 2.264

x

109 C. 2.641

x

109 D. 2.153 x

10-9

moléculas.

moléculas.

moléculas.

moléculas.

2.19. ¿Cuántos átomos existen en una masa de 0.250 g de oro?

A. 196.07 átomos.

B. 7.64

x

1020 C. 1.53 x

átomos.

átomos.

2.20.

A.

B.

C.

D.

40

El volumen molar de un gas ideal:

Disminuye al aumentar la temperatura.

Tiene un valor constante de 22.4 L en CNTP.

Disminuye al bajar la presión del gas.

Es proporcional a la energía cinética de sus moléculas.

1021 D.


53 de 180 24/08/15 15:19

1.50 x

átomos.

1023

2.6 El aire que inhalamos y el que exhalamos

La importancia de la Ley de Boyle se vuelve más relevante cuando se consideran los

mecanismos de

la respiración. Los pulmones son elásticos, con una estructura como la de un globo y están

dentro de

una cámara hermética llamada cavidad torácica. El diafragma, un músculo, forma el piso

flexible de

la cavidad.

Según la Ley de Boyle, la presión dentro de los pulmones disminuirá cuando su volumen se

incrementa. Esto causa que la presión dentro de los pulmones sea menor que la presión

atmosférica.

Dicha diferencia de presiones produce un gradiente de presión entre los pulmones y la

atmósfera. En

el gradiente de presión, las moléculas fluyen a partir del área de mayor presión al área de

menor

presión, por el proceso de difusión. Así, al inhalar fluye el aire al interior de los pulmones,

hasta que

la presión interna sea igual a la presión de la atmósfera.

Autoevaluación

2.21. Considerando que el organismo humano requiere 600 L de oxígeno al día y el aire

contiene

el 20.86% deoxígeno en volumen. ¿Qué volumen de aire necesita inhalar en un día?

A. 2876.31 L

B. 125.16 L

C. 12000.00 L

D. 30.00 L

2.7 Reactividad de los componentes del aire

2.7.1

Nitrógeno

El nitrógeno atmosférico es una molécula muy estable, sin embargo, algunas bacterias y

algas

cuentan con una enzima llamada nitrogenasa que les ayuda a romper el triple enlace N≡N y

pueden


54 de 180 24/08/15 15:19

utilizarlo. El alemán Haber encontró que a presiones y temperaturas muy altas y en presencia

de un

catalizador se puede hacer reaccionar el nitrógeno con el hidrógeno y producir amoniaco.

Los gases de síntesis entran al reactor y se calientan a una temperatura de unos 450 ºC y se

someten

a una presión de 200 atm (o superior). El catalizador está compuesto con magnetita, Fe3O4,

mezclado con otros óxidos (Al2O3, K2O y CaO). La magnetita se reduce in situ a hierro, lo

cual

proporciona una gran superficie de contacto para la catálisis. La misión de los otros óxidos

presentes

es asegurar esta gran área de interacción catalítica.

3H2 + N2

200 atm, 450 ºC y Fe3O4

2NH3

El nitrógeno a la temperatura ambiente es inerte, por lo tanto, no se combina con el oxígeno

presente

en el aire, sin embargo en presencia de descargas eléctricas da lugar a las siguientes

reacciones:

N2 + O2 2NO monóxido de nitrógeno

2NO + O2 2NO2 dióxido de nitrógeno

41

El nitrógeno del aire no puede ser fijado directamente por plantas y animales como es el caso

del

bióxido de carbono ó anhídrido carbónico, sino que solo se fija a través de ciertos

compuestos que

son sintetizados por bacterias nitrificantes (Pseudomonas radicicola) que existen en los

nódulos de

las raíces de plantas leguminosas. Cuando plantas y animales mueren, su descomposición

libera elnitrógeno proteico que contenían, del que una parte es convertido en amoníaco y en

el suelo éste se

oxida por bacterias nitrosificantes en nitritos y por bacterias nitrificantes a nitratos, los que

posteriormente son absorbidos del suelo por las plantas, que luego sirven de alimento a los

animales,

los que al morir y descomponerse liberan parte de su nitrógeno proteico por la acción de las

bacterias desnitrificantes del suelo. Esta serie de pasos constituyen el ciclo del nitrógeno en


55 de 180 24/08/15 15:19

la

naturaleza.

Autoevaluación

2.22. En el aire el nitrógeno se encuentra en una proporción de:

A. 0.78 %

B. 1 %

C. 21 %

2.23. El nitrógeno forma nitratos y nitritos que se encuentran en:

A. tierra fértil.

B. arena seca.

C. aire seco.

D.

D.

78 %

aire atmosférico.

2.24. Uno de los compuestos más importantes del nitrógeno es el que forma al reaccionar

con el

hidrógeno, y se llama:

A. ácido nítrico.

B. ácido nitroso.

C. óxido nítrico.

D. amoniaco.

2.25. En el método de Haber para producir amoniaco se efectúa la siguiente reacción:

A. 3H2 + N2

200 atm, 450 ºC y Fe3O4

C. NH4OH + calor

2.7.2

2NH3

NH3 + H2O

B. Ca(CN)2 + 3H2O


56 de 180 24/08/15 15:19

CaCO3 + 2NH3

D. Mg3N2 + 3H2O 3MgO + 2NH3

Oxígeno

El oxígeno es extremadamente reactivo y los compuestos más sencillos que forma son los

óxidos.

Se presenta en sus formas alotrópicas: oxígeno [O2] y ozono [O3]. Por su capacidad de

aceptar dos

electrones, se le conoce como un agente oxidante.

Alotropía: Es la propiedad de algunos elementos que en un mismo estado físico, pueden

presentar

más de una forma, debido a diferentes arreglos moleculares o distinto número de átomos en

la

molécula.

Descarga eléctrica

3O2

42

2O3

En la biosfera hayintercambio del oxígeno entre las partes del medio ambiente. Uno de los

procesos

importantes es la fotosíntesis, mediante el cual, las plantas verdes convierten el dióxido de

carbono y

el agua, activados por energía solar, en glucosa y oxígeno liberándolo a la atmósfera. En la

capa

fótica de la hidrósfera (donde puede penetrar la luz solar) hay oxígeno disuelto y parte de él

se libera

a la atmósfera. El oxígeno que utilizan plantas y animales de la biosfera proviene de la

atmósfera y

de la hidrosfera generando una lenta oxidación biológica liberando energía que la materia

viviente

utiliza para sus procesos vitales.

Agua, dióxido de carbono y oxígeno molecular junto con las moléculas de los sistemas vivos

constituyen las principales sustancias que participan en el ciclo del oxígeno.

Parte del oxígeno molecular de las regiones altas de la atmósfera por medio de los rayos UV


57 de 180 24/08/15 15:19

genera

una reacción fotoquímica que produce ozono; este ozono se descompone con rapidez en

oxígeno

diatómico. Parte del dióxido de carbono disuelto en la hidrosfera es aprovechado por las

plantas

acuáticas durante la fotosíntesis.

En la litosfera el oxígeno se encuentra combinado con el silicio, aluminio y otros metales

formando

silicatos, óxidos metálicos, carbonatos, nitratos, fosfatos, etc. Este oxígeno no se intercambia

con

facilidad con otras subesferas, excepto cuando el agua arrastra hacia los mares minerales

disueltos

en ella como carbonatos, nitratos y fosfatos.

43

Algunas reacciones importantes son:

Oxígeno + Metal Óxido básico u óxido metálico

O2 + 4 Li 2Li2O

O2 + 2Fe 2FeO

3O2 + 4Fe 2Fe2O3

Óxido de litio

Óxido ferroso u óxido de hierro (II)

Óxido férrico u óxido de hierro (III)

Óxido metálico + H2O hidróxido o base

Li2O + H2O 2LiOH

FeO + H2O Fe(OH) 2

Fe2O3 + 3H2O 2Fe(OH) 3

hidróxido de litio

hidróxido ferroso o hidróxido de hierro (II)

hidróxido férrico o hidróxido de hierro (III)

Oxígeno + No metal Oxido ácido u óxido no metálico o anhídrido

O2 + S SO2

3O2 + 2S 2SO3

O2 + 2C 2CO

O2 + C CO2


58 de 180 24/08/15 15:19

N2 + O2 2NO

2NO + O2 2NO2

dióxido de azufre o anhídrido sulfuroso

trióxido de azufre o anhídrido sulfúrico

monóxido de carbono o anhídrido carbonoso

dióxido de carbono o anhídrido carbónico

monóxido de nitrógeno

dióxido de nitrógeno

óxido no metálico o anhídrido + H2O ácido

SO2 + H2O H2SO3

SO3 + H2O H2SO4

CO2 + H2O H2CO3

N2O5 + H2O 2HNO3

Cl2O7 + H2O 2HClO4

ácido sulfuroso

ácido sulfúrico

Ácido carbónico

Ácido nítrico

Ácido perclórico

Autoevaluación

2.26. Los óxidos de nitrógeno NO y NO2 cuando reaccionan con agua producen:

A. hidróxidos.

B. ácidos.

C. bases.

D.

2.27.

1.

2.

3.

4.

5.

A.

De los siguientes enunciados, los correctos son:

El oxígeno a la temperatura ambiente, es inerte.

El oxígeno es un combustible, presente en toda combustión.


59 de 180 24/08/15 15:19

El oxígeno causa el envejecimiento de los organismos.

El oxígeno es el comburente durante la combustión.

Los compuestos más sencillos que forma el oxígeno, son los óxidos.

1,3,5

B.

3,4,5

C.

2,4,5

2.28. Un óxido metálico reacciona con agua dando lugar a:

A. oxisales.

B. hidróxidos o bases.

C. hidrácidos.

44

hidruros.

D.

2,3,4

D.

oxiácidos.

2.29.

A.

B.

C.

D.

Alotropía es la propiedad de algunos elementos de presentarse:

en varias formas en diferentes estados físicos.

en la misma forma en diferentes estados físicos.

en varias formas en un mismo estado físico.en la misma molécula en diferente estado físico.

2.30. El oxígeno se encuentra en el aire en una proporción de:


60 de 180 24/08/15 15:19

A. 79%

B. 0.79%

C. 0.21%

D.

21%

2.31. Al reaccionar el oxígeno con los metales genera:

A. oxiácidos.

B. óxidos básicos.

C. óxidos ácidos.

D.

hidróxidos.

2.32. Al reaccionar el oxígeno con los no metales genera:

A. oxiácidos.

B. óxidos básicos.

C. óxidos ácidos.

D.

hidrácidos.

2.7.3

Dióxido de carbono

El dióxido de carbono (CO2) forma parte del aire y es uno de los principales reguladores del

clima

en el planeta. La elevación de la concentración del CO2 en la atmósfera provoca el efecto

invernadero, con el correspondiente sobrecalentamiento de la Tierra.

Este gas es empleado en la industria de bebidas: carbonatadas (refrescos), vinos, cerveza,

obtención

de carbonatos y bicarbonatos; como elemento de inhibición de combustión en extintores;

como

refrigerante en la industria y en la fabricación de hielo seco.

En la naturaleza y con relación a la existencia de los seres vivos, las reacciones importantes


61 de 180 24/08/15 15:19

del CO2

incluyendo la fotosíntesis son:

2 C(s) + O2 (g)

2CO(g)

2 CO(g) + O2(g)

2CO2(g)

Fe3O4(s) + 4CO(g)

3Fe(s) + 4CO2(g)

CO2(ac) + H2O(l)

H2CO3(ac)

CaCO3(s) + H2O(l) + CO2 (g) Ca2+ (ac) + 2 HCO3 1- (ac)

Ca 2 + + 2 (HCO3)1-(ac)

CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l)

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2(g)

CaCO3(s) + SiO2(s) CaSiO3(s) + CO2(g)

El carbono se encuentra disuelto en el agua marina en forma de dióxido de carbono,

bicarbonatos y

carbonatos, en una proporción entre ellos que se mantiene en un determinado equilibrio. De

la

atmósfera se absorbe CO2 y los ríos aportan iones de calcio y bicarbonatos.

45

Al final delas reacciones, parte del carbono precipita en el fondo en forma de carbono

orgánico

fotosintético y en forma de carbono inorgánico contenido en la caliza, CaCO3, de las conchas


62 de 180 24/08/15 15:19

y

caparazones de animales marinos.

A la atmósfera pasa oxígeno (no consumido en la respiración) y también parte del CO2. En el

conjunto de las reacciones químicas y de los intercambios, el mar en su conjunto resulta ser

a la

larga un absorbente de CO2 atmosférico y un emisor de oxígeno; pero existen regiones de

fuerte

afloramiento de aguas en el que el mar se desgasifica y emite más CO2 del que absorbe.

Autoevaluación

2.33. De los siguientes enunciados, los correctos son:

1. Al CO2 sólido se le conoce comúnmente como hielo seco

2. El CO2 es el gas que tienen las bebidas gaseosas

3. El CO2 es más ligero que el aire, por lo que favorece los incendios

4. El CO2 se encuentra en el aire, pero su incremento lo convierte en un gas contaminante

5. El CO2 sólido presenta la propiedad de sublimarse

A.

1,2

B.

1,2,4

2.34. El hielo seco es:

A. agua sólida

B. amoniaco sólido

C.

3,5

C. nitrógeno sólido

D.

1,2,4,5

D. dióxido de carbono sólido

2.8 Tabla periódica de los elementos


63 de 180 24/08/15 15:19



La tabla Periódica se basa en las clasificaciones de Meyer, Dimitri Mendeleev (1869), Werner

y

fundamentalmente, en la Ley Periódica que enunció en 1913, Henry Moseley, quien

estableció que:

las propiedades de los elementos químicos no son arbitrarias, sino que dependen de la

estructura del

átomo y varían, de manera sistemática, con el número atómico.

46

1

2

Tabla periódica de los elementos

Ordenamiento de los elementos de acuerdo con su númeroatómico

3

4 5 6

7

8

9

10 11 12 13 14 15

18

VIII

Grupo IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB VIIIB VIIIB IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA

A

Periodo

1

2

1

H

He

3 4

5

6

7


64 de 180 24/08/15 15:19

8

9

10

2

Li Be

B C N O

F

Ne

11 12

13 14 15 16 17

18

3

Na Mg

Al Si P

S

Cl

Ar

19 20 21 22 23 24 25

26

27

28 29 30 31 32 33 34 35

36

4

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe

Co

Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br

Kr

37 38 39 40 41 42 43

44

45

46 47 48 49 50 51 52 53

54

5

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru

Rh

Pd Ag Cd In Sn Sb Te

I

Xe

55 56

72 73 74 75


65 de 180 24/08/15 15:19

76

77

78 79 80 81 82 83 84 85

86

6

*

Cs Ba

Hf Ta W Re

Os

Ir

Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At

Rn

87 88

104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118

7

**

Fr Ra

Rf Db Sg Bh Hs

Mt

Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo

57

La

89

Actínidos **

Ac

Lantánidos *

58

Ce

90

Th

59

Pr

91

Pa

60

Nd


66 de 180 24/08/15 15:19

92

U

61

Pm

93

Np

62

Sm

94

Pu

63

Eu

95

Am

64 65

Gd Tb

96 97

Cm Bk

66

Dy

98

Cf

67

Ho

99

Es

68

Er

100

Fm

69 70

Tm Yb


67 de 180 24/08/15 15:19

101 102

Md No

16

17

71

Lu

103

Lr

La tabla periódica actual está construida por un:

Ordenamiento vertical integrado por 18 columnas. Son 16 grupos o familias de elementos

divididas en dos series, cada una con 8 grupos y diferenciadas con las letras A y B. Todos los

elementos de un mismo grupo tienen el mismo número de electrones en su nivel energético

externo,

lo que proporciona propiedades semejantes y un nombre característico a cada grupo:

Grupo

IA

IIA

IIA

IVA

Nombre

Alcalinos

Alcalinotérreos

Térreos

Carbonoides

Grupo

VA

VIA

VIIA

VIIIA

Nombre

Nitrogenoides

Calcógenos o Anfígenos

Halógenos


68 de 180 24/08/15 15:19

Gases nobles

Ordenamiento horizontal integrado por siete filas identificadas connúmeros arábigos,

llamados

períodos, que definen el número de niveles energéticos ocupados por los electrones. El

primer

período contiene solo al hidrógeno y al helio, en cambio los períodos sexto y séptimo cuentan

con

47

los elementos denominados lantánidos con números atómicos de 57 – 71 y actínidos con

números

atómicos 89 – 103, los cuales se colocan debajo de la tabla con fines de presentación corta.

En general se divide la tabla en: metales (lado izquierdo), no metales (lado derecho), metales

de

transición (centro) y tierras raras (abajo).

Autoevaluación

2.35. Nombre de cada columna de elementos ubicados en la tabla periódica que presentan el

mismo número de electrones de valencia.

A. Bloque

B. Período

C. Familia

D. Clase

2.36. Nombre de cada fila de elementos ubicados en la tabla periódica que presentan igual

número

de niveles energéticos ocupados por los electrones.

A. Grupo

B. Período

C. Familia

D. Clase

2.37. Familia de elementos cuyo nombre significa formadores de sales y que producen

hidrácidos

al reaccionar con hidrógeno.

A. Calcógenos

B. Alcalinotérreos

C. Halógenos

D. Alcalinos

2.38. El nitrógeno tiene un total de 7 e-, por lo tanto en la tabla periódica está ubicado:

A. Grupo 17, 3° período.

B. Grupo 13, 1er período.


69 de 180 24/08/15 15:19

C. Grupo 14, 2° período.

D. Grupo 15, 2° período.

2.8.1

Propiedades periódicas de los elementos químicos



Las propiedades periódicas de los elementos se consignan en la tabla periódica como una

función

del número atómico según la “Ley periódica” enunciada por Moseley y son propiedades que

presentan los elementos químicos y que se repiten periódicamente en la tabla periódica. Por

laubicación de un elemento, podemos deducir los valores que presentan dichas propiedades,

así como

su comportamiento químico.

Esto supone, por ejemplo, que la variación de una de ellas en los grupos va a responder a

una regla

general que nos indica el comportamiento químico de un elemento. Hay un gran número de

propiedades periódicas y se pueden indicar en una tabla periódica para comparar el

comportamiento

entre familias y períodos. Entre las más importantes destacaríamos:

Estructura electrónica: distribución de los electrones en los orbitales del átomo. Los

electrones se

localizan en niveles internos o externos. Los electrones del último nivel son los que participan

en la

formación de enlaces entre los átomos.

Radio atómico: Aunque es imposible definir el tamaño exacto de un átomo, es muy útil

determinar

un radio atómico relativo para poder comprender cómo se forman los enlaces entre los

átomos.

48

Potencial de ionización: energía necesaria para arrancar un electrón a un átomo en estado

gaseoso.

Afinidad electrónica: energía liberada al incorporar un electrón a un átomo en estado

gaseoso.

Electronegatividad: es la capacidad que tiene un átomo para atraer electrones hacia él en un

enlace

químico. Basándose en el potencial de ionización y la afinidad electrónica, Linus Pauling

elaboró la


70 de 180 24/08/15 15:19

escala de electronegatividad asignando a cada elemento un valor comprendido entre 0 y 4.

Los

elementos de la familia de los halógenos presentan los valores más altos, mientras que los

elementos

alcalinos presentan los más bajos. Esto es congruente con la gran tendencia que tienen los

elementos

para presentar una configuración estable.

Valencia.- Es la capacidad de combinación de un elemento con otros elementos y queestá en

función del número de electrones que gana, pierde o comparte un elemento para adquirir

configuración estable. Ejemplo: NaCl en donde tanto el sodio como el cloro tienen valencia 1.

Número de oxidación.- Número entero (intervalo 1-7) que indica el estado de oxidación de un

átomo, es decir la carga eléctrica con que puede formar enlace con otros átomos o iones, la

cual

puede ser positiva (cuando pierden o comparten electrones) o negativa (cuando ganan

electrones).

Por ejemplo en el compuesto del cloruro de sodio los números 1+ y 1- indican los estados de

oxidación del sodio (Na) y el cloro (Cl).

Na1+ + Cl1- NaCl

Grupos

Valencia

No. de oxidación

1

IA

1

1+

2

II A

2

2+

13

III A

3

3+

14

IV A

4


71 de 180 24/08/15 15:19

4±

15

VA

3

3-

16

VI A

2

2-

17

VII A

1

1-

18

VIIIA

0

0

Autoevaluación

2.39. La medida de la tendencia que muestra un átomo, en un enlace, a atraer hacia sí los

electrones compartidos o ganados, se llama:

A. energía de ionización.

B. electronegatividad.

C. enlace iónico.

D. número de oxidación.

2.40. En el compuesto NO2, el nitrógeno actúa con un número de oxidación:

A. 2B. 4C. 2+

D.

4+

2.41. ¿En cuál de los siguientes óxidos el nitrógeno presenta número de oxidación 4+?

A. N2O5

B. NO2

C. N2O

D. N2O3


72 de 180 24/08/15 15:19

49

2.9 Enlace químico, regla del octeto y símbolos de Lewis



Enlace químico es la fuerza que mantiene unidos a dos o más átomos en una especie

química como

las moléculas, las unidades formulares o los metales en el estado sólido. Se puede presentar

como

simple, doble, triple o coordinado.

Regla del octeto: los átomos al reaccionar entre sí tienden a adquirir la estructura delgas

noble más

próximo en la tabla periódica ubicados en el grupo 18; es decir ocho electrones que es la

configuración más estable de los átomos, excepto el hidrógeno que logra tener dos

electrones.

Dicha configuración se puede conseguir por pérdida, ganancia o compartición de electrones,

lo que

da origen a la teoría del enlace químico que ha propuesto tres tipos de enlaces: metálico,

iónico y

covalente. Estos ejercen gran influencia sobre las propiedades químicas de sus compuestos,

ya que

deben ser rotos para que exista reacción química.

Por ejemplo el sodio tiende a perder su electrón de valencia para adquirir la estructura del

neón,

mientras que el cloro tiende a ganar un electrón para adquirir la estructura del argón. En

cambio el

hidrógeno comparte su electrón de valencia para adquirir la estructura del helio.

La diferencia de electronegatividad entre dos átomos, determina el tipo de enlace que existe

entre

ellos, aunque existen muchas excepciones.

0

hasta

0.6

Covalente no polar

0.7

hasta

2.1


73 de 180 24/08/15 15:19

Covalente polar

2.1

hasta

iónico

3.98

En el enlace iónico un átomo metálico se une con un átomo no metálico, presentándose una

transferencia de uno o más electrones del metal al no metal, dando lugar a la formación de

iones

positivos (cationes) y negativos (aniones), los cuales se atraen por fuerzas electrostáticas.

En el enlace covalente dos o más no metales se unen compartiendo pares de electrones. Si

los

átomos son iguales se denomina covalente no polar, si los átomos son distintos se denomina

covalente polar.

Gilbert Newton Lewis propuso un diagrama que lleva su nombre para explicar el enlace entre

los

átomos, el cual dio lugar a la regla del octeto.

En el símbolo de Lewis cadaelectrón de valencia se representa con un punto alrededor del

símbolo

del átomo. Así por ejemplo en el caso del neón que presenta ocho electrones de valencia, el

símbolo

de Lewis queda de la siguiente forma:

Ne

50

El cloruro de sodio es un compuesto iónico en el que los átomos de sodio pierden un electrón

y los

átomos de cloro ganan un electrón para alcanzar la configuración electrónica de gas noble.

La

diferencia de electronegatividad es de 3.16 – 0.93 = 2.23 y el diagrama de Lewis que

representa lo

anterior es:

El nitrógeno se encuentra en el aire en moléculas diatómicas que presentan enlace covalente

no

polar. Debido a que cada átomo tiene cinco electrones de valencia, y puede compartir tres


74 de 180 24/08/15 15:19

electrones para adquirir la configuración de un gas inerte; formando un enlace triple. La

diferencia

de electronegatividad es de 3.0 – 3.0 = 0 y el diagrama de Lewis que representa lo anterior

es:

Las moléculas del compuesto dióxido de carbono se forman mediante el enlace covalente

polar

entre los átomos de C y O, debido a que el átomo de carbono tiene cuatro electrones de

valencia y el

átomo de oxígeno seis electrones de valencia. El oxígeno tiene una electronegatividad de 3.5

y el

carbono de 2.5, por lo que la diferencia de electronegatividad es de 3.5 – 2.5 = 1.0 y el

diagrama de

Lewis que representa lo anterior es:

Autoevaluación


1. La molécula de nitrógeno presenta enlace iónico entre sus átomos

2. La molécula de oxígeno es eléctricamente conductora

3. Las moléculas de nitrógeno y oxígeno presentan enlaces covalentes no polares

4. Los átomos que forman la molécula de nitrógeno comparten electrones formando triple

enlace

5. Los átomosque forman las moléculas de O2 son de igual electronegatividad

A.

1,3,5

B.

3,4

C.

2,3,4,5

D.

3,4,5



75 de 180 24/08/15 15:19

1. Todos los átomos al combinarse ganan o pierden electrones para formar moléculas.

2. El símbolo de Lewis representa al símbolo del elemento, con sus electrones de valencia.

3. Todos los elementos al combinarse tienden a adquirir la configuración del gas noble más

cercano en la tabla periódica.

4. Un átomo metálico al combinarse con un átomo no metálico, entre sí, comparten

electrones.

5. Al compartir pares de electrones, los no metales completan el octeto.

A. 1,2,5

B. 2,4,5

C. 1,4,5

D. 2,3,5

51

2.44. El cloruro de sodio presenta enlace:

A. covalente coordinado.

C. covalente no polar.

2.45.

A.

B.

C.

D.

B.

D.

covalente polar.

iónico.

El enlace covalente polar se caracteriza porque:

la diferencia de electronegatividad es superior a 2.1.

se da entre átomos no metálicos idénticos.

se da entre átomos metálicos y no metálicos.

la diferencia de electronegatividad es desde 0.7 a 2.1.

2.46. Este tipo de enlace se presenta entre no metales y metales, donde el metal transfiere

sus

electrones al no metal.

A. Covalente polar

B. Metálico


76 de 180 24/08/15 15:19

C. Iónico

D. Covalente no polar

2.47. De los siguientes gases el único que no consta de moléculas diatómicas es:

A. helio.

B. hidrógeno.

C. cloro.

D. nitrógeno.

2.48. Usando valores de electronegatividades, el enlace presente en: N2, CO2

respectivamente es:

A. covalente polar, covalente no polar, covalente polar.

B. covalente no polar, covalente polar, iónico.

C. covalente no polar, covalente no polar, covalente polar.

D. iónico, covalente polar, covalente nopolar.

y

NaCl

2.10 Reacciones de combustión

Oxidación.- Es cuando un átomo cede electrones en una reacción química aumentando su

número

de oxidación y se carga positivamente.

Reducción.- Es cuando un átomo acepta electrones en una reacción química, disminuyendo

su

número de oxidación y se carga negativamente.

La oxidación y la reducción ocurren simultáneamente.

reacción de óxido reducción

Semirreacción oxidación

Semirreacción reducción

C + O2 CO2

C0 - 4e- C4+

O20 + 4e- 2O2-

Combustión: es la reacción entre los combustibles y el comburente oxígeno, con ayuda de

una


77 de 180 24/08/15 15:19

chispa, liberando luz y calor.

Cuando el combustible es materia orgánica, el resultado es siempre dióxido de carbono, agua

y

energía, por lo tanto es una reacción exotérmica.

La ecuación general es: Hidrocarburo + O2 CO2 + H2O + luz + calor

Ejemplo: La combustión del propano: C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O + luz + calor

52

Autoevaluación

2.49.

Las sustancias que faltan en la combustión completa del n-octano son:

C8H18 + ______ CO2 + ______

A.

CO, H2O

B.

O2, CO

C.

H2O, H2

D.

O2, H2O

2.50. La combustión completa de un combustible fósil genera como productos:

A. CO + H2O + energía

B. C + H2O

C. CO2 + H2O + energía

D. CO + CO2 + C

2.51. La reacción de oxidación con desprendimiento de luz y energía térmica se llama:

A. hidrogenación.

B. reducción.

C. síntesis.


78 de 180 24/08/15 15:19

D. combustión.

2.52. El oxígeno interviene en una combustión como:

A. reductor.

B. comburente.

C. combustible.

D.

inhibidor.

2.10.1 Reacciones exotérmicas y endotérmicas

De acuerdo con la energía involucrada, las reacciones se clasifican en:

Reacción exotérmica, es la que ocurre con desprendimiento de energíatérmica.

Reacción endotérmica, es la que ocurre con absorción de energía térmica.

2.10.2 Calor de combustión

A la cantidad de energía térmica liberada de una reacción de combustión se le conoce como

calor de

combustión (C).

2.10.3 Energías de enlace

Es la energía necesaria para formar o romper un enlace químico de una molécula.

Autoevaluación

2.53. ¿La energía térmica desprendida al quemarse un mol de sustancia se llama calor de?

A. ionización.

B. oxidación.

C. activación.

D. combustión.

2.11 Calidad del aire

2.11.1 Principales contaminantes y fuentes de contaminación

Los contaminantes atmosféricos son sustancias que normalmente se encuentran en bajas

concentraciones, pero que al incrementarse producen efectos adversos en los seres vivos y

en los

materiales. Se denominan primarios cuando son enviados a la atmósfera como resultado de

un

proceso natural o como producto de la actividad humana y secundarios cuando surgen de la

reacción

química de algún contaminante primario. Los contaminantes primarios de la atmósfera son:

óxidos

53


79 de 180 24/08/15 15:19

de carbono (CO2, CO), óxidos de nitrógeno (NOx), óxidos de azufre (SOx), plomo (Pb),

clorofluorocarbonos (CFCs), hidrocarburos (HC) y partículas suspendidas (PTS), mientras

que los

contaminantes secundarios son: ozono, nitrato de peroxiacetilo, acetileno, olefinas,

aldehídos,

cetonas.

Los principales problemas atmosféricos causados por contaminantes son: destrucción de la

capa

de ozono, efecto invernadero, calentamiento global del planeta Tierra, inversión térmica,

smog

fotoquímico y lluvia ácida.

2.11.2 Partes por millón

Puesto que los contaminantes se encuentran en la atmósfera en pequeñas cantidades

(trazas), se mide

su concentración en partes por millón(ppm). Si se expresa la concentración en masa su

definición

es: mg de soluto disuelta en un kg de disolución. Si se expresa la concentración en

masa/volumen su

definición es: 1 mg de soluto (contaminante) disuelta en 1 L de disolvente (aire). (1 mg/L = 1

ppm)

2.11.3 Ozono y alotropía

El ozono es una forma alotrópica del oxígeno de fórmula molecular O3 y dentro de la

estratosfera,

forma una capa llamada ozonósfera, que se encuentra situada entre los 12 y 50 km sobre la

superficie de la Tierra y que no permite el paso de las radiaciones ultravioleta del Sol las

cuales, si

llegaran en su totalidad a la superficie terrestre, destruirían la vida. En esta capa el nitrógeno

disminuye notablemente y existen en cambio importantes cantidades de hidrógeno y ozono.

Destrucción de la capa de ozono: La estratosfera tiene una alta concentración de O3 que

sirve

como filtro de la radiación ultravioleta (R-UV). Dicha capa de ozono está siendo destruida por

la

presencia de CFCs de acuerdo con las siguientes reacciones:

CCl2F2 + energía

·CClF2 + ·Cl

·Cl + O3

·ClO + O2

·ClO ·Cl + ·O

El radical cloro vuelve a producir la reacción anterior, destruyendo otra molécula de ozono y

así


80 de 180 24/08/15 15:19

sucesivamente.

Otros causantes de la destrucción del ozono son los gases de NOx, mediante reacciones

catalíticas

como la siguiente:

NO + O3

NO2 + O2

Autoevaluación

2.54. Contaminante que se forma en las capas bajas de la atmósfera a partir de la reacción

química

de los NOx, SOx y descargas eléctricas:

A. CO2

B. CFC

C. O3

D. HC

54

2.55. De los siguientes enunciados, los que se refieren a la destrucción de la capa de ozono

son:

1. La energía solar favorece la formación y destrucción constante del ozono manteniendo

elmismo nivel.

2. Menor concentración de ozono estratosférico significa mayor concentración de rayos

infrarrojos en la superficie terrestre.

3. Los freones, compuestos que se denominan clorofluorocarbonos (CFC) son responsables

de

la destrucción del ozono.

4. Una molécula de CFC puede ocasionar una reacción en cadena que destruye miles de

moléculas de O3

5. Los gases de NOx son causantes de la destrucción del ozono mediante reacciones

catalíticas.

A.

1,3,5

B.

1,3,4

C.


81 de 180 24/08/15 15:19

1,3,4,5

D.

3,4,5

2.56. Los compuestos que faltan en la reacción de destrucción del ozono son:

_____ + O3 →

A.

NO3, O

B.

2NO, 3O

NO2 + _____

C.

NO, O2

D.

NO, 2O

2.11.4 Efecto invernadero

El efecto invernadero se debe a que algunos gases tales como CO2, CH4, H2O, NOx, CFCs

que

están presentes en la atmósfera, absorben parte de la radiación infrarroja (R-IR) emitida por

el sol y

que llega a la atmósfera provocando un aumento en la temperatura semejante a la de un

invernadero.

Este efecto es parte del mecanismo de regulación del clima del planeta y cuando se altera

causa el

sobrecalentamiento del mismo.

2.11.5 Inversión térmica

La inversión térmica se presenta cuando la capa inferior de aire se encuentra fría y atrapada

por

una capa superior de aire caliente. Es normal que se presente por las mañanas en cualquier

parte del


82 de 180 24/08/15 15:19

mundo, sin embargo, en la Ciudad de México es frecuente, debido a las montañas que la

rodean;

por la noche las capas cercanas al suelo se enfrían y como no existe turbulencia o

movimientos de

convección del aire los contaminantes atmosféricos se acumulan.

Autoevaluación

2.57. Factores que ocasionan la inversión térmica que se presenta en la Ciudad de México:

A. escasosvientos y bajas temperaturas.

B. ser un altiplano y estar expuesta a fuertes vientos.

C. ser un valle y presentarse tolvaneras.

D. escasos vientos y altas temperaturas.

55

2.11.6 Las radiaciones del Sol y el esmog fotoquímico

El smog fotoquímico se presenta en zonas urbanas, debido a que se concentran

contaminantes (HC,

NOx) en un lugar sin movimiento y en condiciones de baja humedad y de alta luminosidad.

2.11.7 Lluvia ácida

La lluvia ácida es la precipitación acuosa que presenta pH menor de 5.5 como consecuencia

de la

formación de compuestos ácidos en la atmósfera.

Los contaminantes responsables de esta problemática son los óxidos (NOx, SOx, CO2) que

en

presencia de agua y energía solar dan lugar a los respectivos ácidos. Las reacciones

químicas de la

formación de los ácidos son las siguientes:

Óxidos de nitrógeno (NOx)

N2 + O2 + calor →

2NO

2NO + O2 →

2NO2

4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3

Dióxido de carbono

CO2 + H2O

Óxidos de azufre (SOx)

S + O2 → SO2

SO2 + H2O → H2 SO3

2 SO2 + O2 → 2 SO3


83 de 180 24/08/15 15:19

SO3 + H2O → H2SO4

H2 CO3

La lluvia acidifica el suelo e inicia una serie de reacciones químicas, de tal forma que, se

eliminan

del suelo minerales que requieren las plantas para su crecimiento; se disminuye la capacidad

de

absorción de las raíces, se altera la fotosíntesis que efectúan las hojas, etc.

La lluvia ácida también daña a los animales; a los mantos acuíferos¸ a los inmuebles y

monumentos

que están construidos de roca caliza; etc.

2.11.8 Medición de la calidad del aire

La escala IMECA (Índice Metropolitano de la Calidad del Aire) permite que la población

conozca la calidad del aire en términos comprensibles. Si se exceden los 250 puntos IMECA

se

procede a aplicar medidas deContingencia Ambiental.

2.58. El estado de contingencia ambiental se presenta cuando se rebasa el valor IMECA de:

A. 150

B. 200

C. 250

D. 300

56

RESPUESTAS

2.1.

2.2.

2.3.

2.4.

2.5.

2.6.

2.7.

2.8.

2.9.

2.10.

2.11.

2.12.

2.13.

2.14.


84 de 180 24/08/15 15:19

2.15.

2.16.

2.17.

2.18.

2.19.

2.20.

2.21.

2.22.

2.23.

2.24.

2.25.

2.26.

2.27.

2.28.

2.29.

2.30.

2.31.

2.32.

2.33.

2.34.

2.35.

2.36.

2.37.

2.38.

2.39.

2.40.

2.41.

2.42.

2.43.

2.44.

A) N2, NH3, H2O, CO2, CH4, HCl, SO2

D) los alimentos se descompondrían más fácilmente

D) una mezcla homogénea que contiene 78% de N2, 20.9% de O2 y 0.1% de otros gases.

C) 32.47 L

C) 821.6 torr (1.08 atm)

A) 474.83 mL

D) 754.41 L

A) 328 °C

A) 114.14 °C


85 de 180 24/08/15 15:19

B) 14.01 °C

A) 5117.9 L

D) 1,2,5

D) mol

A) de Avogadro

D) 6.023 x 1023 moléculas

B) Una mol de gas Cl2 contiene 6.023 x 1023 átomos de cloro

A) 1.613 mol

B) 2.264 x 109 moléculas

B) 7.64 x 1020 átomos

B) Tiene un valor constante de 22.4 L en CNTP.

A) 2876.31 L

D) 78 %

A) tierra fértil

D) amoniaco

A) 3H2 + N2 (200 atm, 450 ºC y Fe3O4) 2NH3

B) ácidos

B) 3,4,5

B) hidróxidos o bases

C) en varias formas en un mismo estado físico.

D) 21%

B) óxidos básicos

C) óxidos ácidos

D) 1,2,4,5

D) dióxido de carbono sólido

C) Familia

B) Período

C) Halógenos

D) Grupo 15, 2° periodo

B) electronegatividad

D) 4+

B) NO2

D) 3,4,5

D) 2,3,5

D) iónico

57

2.45.

2.46.

2.47.


86 de 180 24/08/15 15:19

2.48.

2.49.

2.50.

2.51.

2.52.

2.53.

2.54.

2.55.

2.56.

2.57.

2.58.

D) la diferencia de electronegatividad es desde 0.7 a 2.1

C) Iónico

A) helio

B) covalente no polar, covalente polar, iónico

D) O2, H2O

C) CO2 + H2O + energía

D) combustión

B) comburente

D) combustión

C) O3

D) 3,4,5

C) NO, O2

A) escasosvientos y bajas temperaturas.

C) 250

BIBLIOGRAFÍA

Andrés Cabrerizo, D. M. et al (2002) Química. Editex. España.

Burns, R. (2005) Fundamentos de Química. Pearson Educación. México.

Garritz, A. et al (2001) Tú y la Química. Prentice Hall Hispanoamericana. México.

Garritz, A. y Chamizo, J. (2001) Problemas de Química. Pearson Educación. México.

Hein, M. y Arena, S. (2005) Fundamentos de Química. International Thomson. México.

Hill, J. y Kolb, D. (1999) Química para el Nuevo Milenio. Pearson. México.

Phillips, J., et al (2007) Química. Conceptos y Aplicaciones. Mc Graw Hill Interamericana.

México.

Timberlake, K. (1997) Química. Introducción a la Química General, a la Orgánica y a la

Bioquímica. Harla. México.

Velasco Santos, J. M. (Coord) (2001) Ciencias de la Tierra y del medio ambiente. Editex.

España.


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Zanz Tablero, M. (1999) Ciencias de la tierra y del medio ambiente. Ediciones laberinto.

Proyecto

teseo. España.

58

UNIDAD 3

AGUA, ¿DE DÓNDE, PARA QUÉ Y DE QUIÉN?


1. Valorar la importancia del agua para la humanidad y el ambiente.

2. Relacione la estructura del agua con sus propiedades y éstas con su importancia.

3. Identificar algunas fuentes de contaminación del agua.

4. Conocer algunos métodos de purificación del agua.

59

INTRODUCCIÓN

El agua es uno de los principales constituyentes del mundo en que vivimos y de la materia

viva, casi

tres cuartas partes de la superficie terrestre están cubiertas de agua. Su distribución en el

mundo es:

salada (que se encuentra en océanos y mares) y dulce (que se encuentra en lagos, ríos,

lagunas,

glaciares y casquetes). Como gas se encuentra en la humedad atmosférica y en forma sólida

en la

nieve o el hielo. La densidaddel agua es de 1.00 g/mL a 4 °C y la del hielo es de 0.917 g/mL

a 0°C

por eso flota. El clima es regulado por la capacidad calorífica del agua. Es esencial para toda

forma

de vida y aproximadamente nuestro cuerpo está constituido por 70% de agua. El agua es

considerada un disolvente universal, ya que es el líquido que más sustancias disuelve, por

ser una

molécula polar. Las moléculas de agua están unidas por puentes de hidrógeno. La tensión

superficial

de este vital líquido produce algunos fenómenos físicos extraordinarios, por ejemplo: que los

mosquitos puedan caminar sobre el agua, que una taza pueda contener muchos clips sin

derramarse

y que una aguja metálica flote si es coloca cuidadosamente sobre la superficie del agua.

El crecimiento demográfico, el desarrollo industrial y la urbanización están provocando la


88 de 180 24/08/15 15:19

contaminación del agua. Se considera que el agua está contaminada cuando el ser humano

no puede

consumirla o utilizarla en actividades domésticas, industriales, agrícolas y cuando se ven

alteradas

sus propiedades químicas, físicas, biológicas y su composición. Los factores que causan su

contaminación son: agentes patógenos, sustancias químicas orgánicas e inorgánicas,

nutrientes

vegetales que ocasionan crecimiento excesivo de plantas acuáticas, sedimentos o material

suspendido, sustancias radioactivas y el calor. El hombre debe disponer de agua limpia, por

ello es

necesario conocer la calidad del agua, para clasificarla como agua para consumo humano

(agua

potable), para uso agrícola o industrial. Los límites tolerables de las diversas sustancias

contenidas

en el agua son normadas por la Organización Mundial de la Salud (O.M.S.), la Organización

Panamericana de la Salud (O.P.S.) y por losgobiernos nacionales. El agua potable, debe

estar

totalmente limpia, insípida, inodora e incolora; no debe contener bacterias, virus, parásitos u

otros

gérmenes que provoquen enfermedades y los minerales deben estar dentro de los límites

permitidos.

Las aguas contaminadas son sometidas a varios tratamientos que involucran procesos

físicos,

químicos y biológicos para purificarla. Los efectos de la contaminación del agua provocan un

desequilibrio ecológico en la naturaleza y afecta a la salud humana, por eso se debe

contribuir al

bienestar del planeta no contaminando el agua, ya que es fuente indispensable de vida para

todos los

seres vivos.

3.1 Tanta agua y nos podemos morir de sed

3.1.1 Distribución del agua en la tierra.

Es difícil imaginar un mundo sin agua, ya que el agua es importante en nuestras actividades

cotidianas: cocinar, lavar, beber, etc. El agua es indispensable para la vida.

El 75% de la superficie del planeta Tierra esta cubierto de agua, de la cual el 97.2% es de

agua

salada y el 2.8% corresponde a agua dulce, distribuida de la siguiente manera:

60

Distribución de aguas subterráneas y superficiales en el planeta Tierra


89 de 180 24/08/15 15:19

Aguas subterráneas:

Aguas superficiales:

Océanos:

Glaciares y casquetes polares:

Lagos:

Humedad atmosférica:

Ríos:

0.62%

Agua dulce

97.2%

2.11%

0.009%

0.001%

0.0001%

Agua salada

Agua dulce

Agua dulce

Agua dulce

Agua dulce

Además es el compuesto más abundante en el cuerpo humano: representa

aproximadamente el 70%

de masa corporal total. El agua forma alrededor del 92% del plasma sanguíneo, 80% del

tejido

muscular y el 60% de un glóbulo rojo.

3.1.2 Calidad del agua

Los parámetros que definen la calidad de las aguas están determinadospor las

características físicas,

químicas y biológicas de las mismas aguas.

2.1 Las características físicas que se toman en cuenta del agua son:

a) Temperatura

b) Conductividad eléctrica

c) Color

d) Olor

e) Sabor

f) Turbidez


90 de 180 24/08/15 15:19

2.2 Algunas de las características químicas que hay que tomar en cuenta para el análisis del

agua

son:

a) pH

b) Radiactividad

c) Formación de espuma

d) Cantidad de oxígeno

e) DBO (demanda bioquímica de oxígeno)

f) Contenido iónico de las aguas

g) Sustancias orgánicas

2.3 Parámetros biológicos. En un examen bacteriológico para calificar las aguas como

potable,

sanitariamente permisible o no potable, involucra una determinación de microorganismos

como:

a) Virus

b) Bacterias

c) Protozoos

61

3.1.3 Fuentes de contaminación

Principales contaminantes del agua

Contaminantes

Compuestos

orgánicos

demandantes de oxígeno

Compuestos

orgánicos

refractarios

Iones inorgánicos

Sedimentos

Material radiactivo

Organismos patógenos

Maleza acuática

Contenidos en

Aguas residuales domésticas, estiércol

Plaguicidas, plásticos, detergentes, residuos

industriales y aceites

Ácidos, sales, metales tóxicos y nutrientes


91 de 180 24/08/15 15:19

vegetales

Cenizas, arenas, gravillas y otros sólidos

provenientes de la erosión de los suelos

Residuos de plantas nucleoeléctricas y medicina

nuclear

Bacterias y virus

Lirios, algas y otros vegetales

Autoevaluación

3.1. El 2.8% de agua en la tierra corresponde a:

A) agua salada.

B) lagos

C) agua dulce.

D) océanos.

3.2 La gran mayoría del agua del planeta Tierra (alrededor del 97%) se encuentra en:

A) ríos.

B) atmósfera.

C) océanos.

D) polos.

3.2 Importancia del agua para la humanidad

3.2.1 Agua para la agricultura, la industria y lacomunidad.

En la República Mexicana y en el mundo el consumo de agua es de la siguiente forma:

Uso del agua

Agricultura y ganadería

Industria y generación de energía

Consumo doméstico

62

México

77%

13%

10%

Mundo

70%

22%

8%


92 de 180 24/08/15 15:19

3.2.2 Purificación de agua

Río, lago o

depósito

Floculación

Tamizado

Tratamiento

con cloro

Sedimentación

Filtración con

arena

Sistema de reparto

Autoevaluación

3.3. El uso principal del agua superficial es:

A) abastecimiento público. B) industria. C) agropecuario. D) generación de electricidad.

3.4. El uso principal del agua subterránea es:

A) abastecimiento público. B) industria. C) agropecuario. D) generación de electricidad.

3.3 El por qué de las maravillas del agua

3.3.1 Estructura y propiedades de los líquidos

Los líquidos se consideran como conjuntos de partículas con una organización que tiene

libertad de

movimiento mucho mayor que los sólidos. En los líquidos las moléculas se mueven más

lentamente

que en los gases y sus fuerzas de atracción mantienen juntas las moléculas dando como

resultado un

volumen definido, pero su movimiento es demasiado rápido para tener una forma definida.

Modelo cinético molecular para líquidos

1. Toda la materia está constituida por pequeñas partículas.

2. Las partículas se encuentran en continuo movimiento al azar.

3. Las partículas pueden interactuar entre sí con fuerzas de mayor o menor intensidad.

4. La distancia entre partículas es pequeña, pero éstas no ocupan posiciones definidas.

Fuerzas intermoleculares en líquidos

Son las fuerzas que existen entre moléculas y son: fuerzas dipolo – dipolo, de dispersión y

puente de


93 de 180 24/08/15 15:19

hidrógeno.

63

Fuerzas dipolo – dipolo

Son fuerzas que se presentan enmoléculas polares que se atraen entre sí, uniéndose el polo

positivo

de una molécula con el polo negativo de otra.

O + O-

O + O-

O + OO + O-

O + OO + OO + OO + O-

O + OO + O-

Puente de hidrógeno.

Es la unión de átomos fuertemente electronegativos (oxígeno, flúor, nitrógeno) con el

hidrógeno,

que sirve de puente entre ambos. Un ejemplo de ello se tiene en la figura siguiente en la que

los

extremos de hidrógeno parcialmente positivos de dos moléculas de agua son atraídos hacía

el

oxígeno parcialmente negativo de la molécula central de agua, al mismo tiempo, los dos

hidrógenos

de la molécula central del agua son atraídos por los oxígenos de otras dos moléculas de

agua.

Este enlace no sólo se presenta en moléculas de agua, sino también en otras moléculas de

líquidos

en donde esté presente el dipolo. Ejemplos: alcohol etílico, ácido acético, etcétera.

64

3.3.2 Propiedades del agua

El agua es un líquido incoloro, inodoro e insípido, cuyo punto de fusión es de 0°C y el punto

de

ebullición de 100°C a 1 atm. El calor latente de fusión del agua es de 6.01 kJ/mol. El calor de

vaporización del agua es 40.7 kJ/mol.


94 de 180 24/08/15 15:19

Densidad

La densidad es la masa de una sustancia que ocupa una unidad de volumen. La densidad

máxima del

agua es de 1.00 g/mL a 4 °C. El agua tiene la propiedad de contraer su volumen cuando se

enfría a

4°C para después expandirse cuando se enfría de 4 a 0 °C. La densidad del hielo a 0°C es

de 0.917

g/mL, lo que significa que el hielo flota en el agua por ser menos denso que ella.

Capacidad calorífica

Es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de un gramo de sustancia

en un

grado Celsius. Las unidades de la capacidad calorífica son J/oC.

Poder disolventeEl agua es un buen disolvente de sustancias iónicas y algunas covalentes

polares. Cuando se añade

agua a una sustancia iónica, las moléculas polares del agua (extremo positivo y negativo)

rodean a

los iones, a este proceso se le llama solvatación, un ejemplo es la disolución de cloruro de

sodio en

agua.

65

Cuando se trata de una sustancia covalente, las fuerzas de atracción que actúan para

disolverla se da

entre moléculas que contienen hidrógeno unido por enlaces covalentes con elementos muy

electronegativos (F, O y N). Ejemplo de ello es el azúcar que se disuelve en agua.

Tensión superficial

El agua tiene la propiedad de formar gotas pequeñas esto se debe a la tensión superficial

que

presenta. Las moléculas dentro de un líquido son atraídas por las moléculas del líquido que

las

rodean; pero en la superficie la atracción es sólo hacia adentro, lo que ocasiona que la

superficie

adopte una forma esférica (domo o cúpula). La tensión superficial es la resistencia de un

líquido al

incremento de su área superficial.


95 de 180 24/08/15 15:19

66

3.3.3 Composición del agua: electrólisis y síntesis

Electrólisis

La electrólisis es el proceso en el que se usa energía eléctrica para llevar a cabo la

descomposición

de un compuesto.

La reacción de la electrólisis del agua es:

Síntesis

Es la reacción mediante la cual se unen dos o más sustancias para formar un solo

compuesto.

La reacción de la síntesis del agua es:

3.3.4 Estructura molecular del agua

La molécula está formada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, unidos en forma no

lineal,

con un ángulo de enlace de 104.5o.

67

El agua presenta enlaces covalentes y es una molécula polar debido a la diferencia de

electronegatividad entre el hidrógeno y eloxígeno y a su estructura angular.

Autoevaluación

3.5. El tipo de enlace que se presenta entre el hidrógeno y oxígeno en la molécula del agua

es:

a) covalente no polar. B) iónico. C) covalente polar. D) coordinado.

3.6. El hielo flota en el agua porque su densidad es:

A) mayor que 1 g/mL

B) igual a 1 g/mL C) menor que 1 g/mL

D) el doble de 1 g/mL

3.7. La propiedad del agua causante de la formación de gotas, se le conoce cómo:

a) calor específico. B) densidad. C) calor de fusión. D) tensión superficial.

3.8. Las fuerzas intermoleculares que actúan en el agua son:

a) polares. B) puentes de hidrógeno.

C) no polares. D) iónicas.

3.9. El proceso por el cual el agua se descompone mediante energía eléctrica, se le llama:

a) adición. B) doble sustitución.


96 de 180 24/08/15 15:19

C) sustitución.

D) electrólisis.

3.3.5 Regulación del clima

El agua funciona como un regulador de la temperatura de la superficie de la Tierra. Durante el

día,

los océanos absorben la energía térmica proveniente del Sol; gracias a su gran capacidad

calorífica,

el agua absorbe energía sin aumentar su temperatura considerablemente y cuando llega la

tarde, el

calor almacenado por los océanos es liberado contribuyendo a disminuir los efectos de la

ausencia

de la energía solar.

68

3.3.6 Disoluciones. Concentración en por ciento y molar.



Una disolución es una mezcla homogénea en la cual una sustancia llamada soluto se

dispersa de

manera uniforme en otra llamada disolvente. El soluto es la sustancia presente en menor

cantidad,

mientras el disolvente es la que se encuentra en mayor cantidad. Los solutos y disolventes

pueden

ser sólidos, líquidos o gases, pero la disoluciónresultante presenta el mismo estado de

agregación

que el disolvente.

La concentración de una disolución expresa la cantidad de soluto disuelta en determinada

cantidad

de disolución.

Cantidad de soluto

Concentración = ----------------------------Cantidad de disolución

La concentración de una disolución se puede expresar en los siguientes términos:

1. Porcentual (%):

porcentaje en masa / masa

porcentaje en volumen / volumen

porcentaje de masa / volumen


97 de 180 24/08/15 15:19

Porcentaje en masa / masa

% masa / masa =

masa del soluto

————————————— x 100

masa total de la disolución

Ejemplo

¿Qué porcentaje en masa / masa tiene una disolución que se preparó con 50 g de

permanganato de

potasio (KMnO4) disueltos en 250 g de agua?

Masa del soluto = 50 g de permanganato de potasio

Masa total de la disolución = 50 g de permanganato de potasio + 250 g de agua = 300 g

% masa / masa =

50 g

———— x 100 = 16.67 %

300 g

Porcentaje en volumen / volumen

volumen del soluto

% volumen / volumen = ———————————— x 100

volumen total de la disolución

69

Ejemplo

Calcula el porcentaje en volumen / volumen que tiene una disolución preparada con 40 mL de

ácido

clorhídrico (HCl) mezclados con 500 mL de agua.

Volumen del soluto = 40 mL de ácido clorhídrico

Volumen total de la disolución = 500 mL de agua + 40 mL de ácido clorhídrico = 540 mL

40 mL

% volumen / volumen = ———— x 100 = 7.4 %

540 mL

Porcentaje de masa / volumen

masa del soluto


98 de 180 24/08/15 15:19

% de masa / volumen = ————————————— x 100

volumen total de la disolución

Ejemplo

Calcula el porcentaje de masa / volumen de una disolución preparada disolviendo 30 gramos

de

hidróxido de bario (Ba(OH)2) en un volumen total de 250 mL de agua.

Masa de soluto = 30 g de hidróxido debario

Volumen total de la disolución = 250 mL

30 g

% de masa / volumen = ————— x 100 = 12 %

250 mL

2. Molaridad (M): es el número de moles de soluto disueltos en un litro de disolución.

moles de soluto

Molaridad (M) = -------------------------litro de disolución

Ejemplo

Calcula cuántos gramos de cloruro de sodio (NaCl) son necesarios para preparar 600 mL de

una

disolución con una concentración de 0.7 M

Paso 1 Transformar los mililitros a preparar a litros

600 mL

Paso 2 Anotar el significado de la concentración a preparar

0.7 mol

————

1L

70

1L

x ————

1000 mL

Paso 3 Escribir la equivalencia de un mol de NaCl

58 g NaCl

—————

1 mol de NaCl

Paso 4 Agrupar los pasos 1, 2 y 3

600 mL


99 de 180 24/08/15 15:19

Paso 5 Resolver las operaciones

1L

0.7 mol

58 g NaCl

x ———— x ———— x —————

1000 mL

1L

1 mol

600mL x 1L x 0.7 mol x 58 g

————————————— = 24.36 g

1000 mL x 1 L x 1 mol

Cantidad necesaria para preparar la disolución: 24.36g de NaCl

Ejemplo

Calcula la molaridad de una disolución que contiene 20 gramos de hidróxido de sodio (NaOH)

disueltos en 750 mL de disolución.

Paso1. Colocar los gramos de soluto entre el volumen indicado

20 g NaOH

750 mL

Paso 2. Equivalencia de un mol de NaOH

1 mol NaOH

40 g NaOH

Paso 3. Transformación de mililitros a litros

Paso 4. Agrupar los pasos 1, 2 y 3

20 g NaOH

————— x

750 mL

Paso 5. Efectuando las operaciones

1000 mL

1L

1 mol NaOH

1000 mL

—————— x ————


100 de 180 24/08/15 15:19

40 g NaOH

1L

20 g x 1 mol x 1000mL

—————————— = 0.67 mol / L

750 mL x 40g x 1L

Concentración de la disolución de NaOH: 0.67 M

71

Autoevaluación

3.10. ¿Qué cantidad se debe pesar de permanganato de potasio (KMnO4) para preparar 500

mL de

una disolución con una concentración1.5 M?

A) 11.85 g

B) 75.00 g

C) 118.50 g D) 750.0 g

3.11. ¿Qué cantidad de hidróxido de sodio (NaOH) se debe pesar para preparar 300 mL de

una

disolución al 12% masa / volumen?

A) 36 g

B) 3.6 g

C) 12 g

D) 0.36 g

3.12. La concentración molar de una disolución que contiene 20 g de sulfato de cobre (II)

(CuSO4)

en un volumen de 100 mL de disolución es:

A) 1.25 M

B) 12.5 M

C)125 M

D) 0.125 M

3.13. ¿Qué porcentaje en masa / masa tiene una disolución que se preparó con 7 g de

carbonato de

potasio (K2CO3) disueltos en 100 g de agua? (densidad del agua 1 g/mL)

A) 65 %

B) 6.5 %

C) 0.65 %

D) 7.0%

3.14. Calcula el porcentaje en volumen / volumen que tiene una disolución preparada con 200

mL


101 de 180 24/08/15 15:19

de jarabe de horchata que se agregan a 500 mL de agua.

A) 40 %

B) 4.0 %

C) 28.6%

D) 2.86 %

3.3.7 Electrolitos y no electrolitos

Electrolito es una sustancia cuya disolución acuosa conduce la electricidad por disociarse en

iones.

Ejemplos: disoluciones acuosas de ácidos, bases y sales. No electrolito es una sustancia que

en

disolución acuosa no conduce la electricidad, por carecer de iones. Ejemplos: disoluciones

acuosas

de azúcar, etanol, acetona, etc.

Autoevaluación

3.15. ¿Cuál de las siguientes sustancias es un electrolito?

A) azúcar

B) sal

C) thiner

D) gasolina

3.16. Una sustancia que en disolución acuosa no conduce la corriente eléctrica es un:

A) ion positivo.

B) no electrolito.

C) ion negativo.

D) electrolito débil.

3.17. ¿Cuál de las siguientes sustancias es un no electrolito?

A) éter de petróleo B) cloruro de sodio C) sulfato de potasio D) hidróxido de sodio

3.3.8 Ácidos, bases y pH

Características de ácidos y bases

Características de los ácidos en disolución

Características delas bases en disolución

acuosa

acuosa

sabor agrio

sabor amargo

corrosivos al tacto

resbalosas al tacto

cambian el color del tornasol azul a rojo


102 de 180 24/08/15 15:19

cambian el color del tornasol rojo a azul

reaccionar con las bases para producir sal y reaccionan con los ácidos para producir sal y

agua

agua

72

Teorías ácido base

Teoría de Arrhenius

Ácido. Es un compuesto que en disolución acuosa produce iones hidrógeno (H+)

Base. Es un compuesto que en disolución acuosa produce iones hidróxido u oxhidrilo (OH-)

Ejemplos:

-

Ácido clorhídrico

HCl ———► H+ + Cl

Ácido sulfúrico

H2SO4 ———► H+ + HSO4

-

HSO4 ———► 2H+ + SO42

Hidróxido de sodio

-

-

NaOH ———► Na+ + OH

-

Hidróxido de calcio Ca(OH)2 ———► Ca2+ + 2OH

Teoría de Brönsted – Lowry

Ácido. Sustancia capaz de donar iones hidrógeno o protones (H+)

Base. Sustancia capaz de aceptar iones hidrógenos o protones (H+)


103 de 180 24/08/15 15:19

HCl

Ácido

+

H2O ———► H3O+ *

base

+

Cl

-

HCl dona su ión hidrógeno o protón por lo que se comporta como ácido y el agua al aceptarlo

se

comporta como base.

NH3

Base

+

H2O ———► NH4+

ácido

+

-

OH

H2O dona su ión hidrógeno o protón por lo que se comporta como ácido y el NH3 al aceptarlo

se

comporta como base.

Concepto de pH

El pH se define como el valor negativo del logaritmo de la concentración de iones hidrógeno

(H+) y

tiene valores de 0 a 14.

pH = -log [H+]

El valor numérico del pH indica el carácter ácido, básico o neutro de una disolución acuosa.


104 de 180 24/08/15 15:19

*

H3O+ es el ión hidronio que se considera como H+ unido a una molécula de agua

73

Para determinar el carácter de una disolución se emplean los indicadores los cuales

comúnmente son

sustancias orgánicas que cambian decolor según el valor de pH, los ejemplos más conocidos

son

fenolftaleína, indicador universal, tornasol, etc.

pH de algunas sustancias

Sustancia

pH

Sustancia

Ácido clorhídrico (1M)

0

Hidróxido de sodio (1M)

Jugo de limón

2.2

Limpiador de drenajes

Vinagre

3.4

Amoniaco doméstico

Leche

6.4

Sangre

pH

14

14

11.9

7.4

Autoevaluación

3.18 El amoniaco, la sangre y la leche se clasifican respectivamente como:

A) base, ácido, ácido

B) ácido, base, base


105 de 180 24/08/15 15:19

C) ácido, ácido, base

D) base, base, ácido

3.19. El vinagre tiene un pH:

A) ácido.

B) acuoso.

C) neutro.

D) básico.

3.20. El pH expresa la concentración de iones:

A) Na+.

-

B) OH .

C) H+.

-

D) H .

3.3.9 Neutralización y formación de sales

Reacciones de neutralización.

Son las que ocurren entre un ácido y una base dando como producto una sal y agua.

Ácido

+

Base

———►

Agua

+

Sal


106 de 180 24/08/15 15:19

———►

H2O(l) +

agua

NaCl(ac)

cloruro

de sodio

Ejemplo

HCl(ac) +

Ácido

clorhídrico

NaOH(ac)

hidróxido

de sodio

Autoevaluación

3.21. Los productos que se forman en una reacción de neutralización, son:

a) sal y ácido.

B) sal y óxido. C) ácido y óxido. D) sal y agua.

3.22. La neutralización, es la reacción entre una:

A) base y un ácido. B) sal y un ácido. C) base y una sal. D) sal y un óxido.

74

RESPUESTAS

3.1. C) agua dulce

3.2. C) agua de los océanos

3.3. D) generación de electricidad

3.4. C) agropecuario

3.5. C) covalente polar

3.6. C) menor que 1 g/mL

3.7. D) tensión superficial

3.8. B) puentes de hidrógeno

3.9. D) electrólisis

3.10. C) 118.50 g

3.11. A) 36 g

3.12. A) 1.25 M


107 de 180 24/08/15 15:19

3.13. B) 6.5 %

3.14. C) 28.6%

3.15. B) sal

3.16. B) no electrolito

3.17. A) glucosa

3.18. D) base,base, ácido

3.19. A) ácido

3.20. C) H+

3.21. D) sal y agua

3.22. A) base y un ácido

BIBLIOGRAFÍA

Burns, R. (1996) Fundamentos de Química. Pearson Educación, México.

Chang, R. (2007) Química. México, Mc Graw-Hill.

Cremoux, Raúl. ¡Ayúdame! Acciones prácticas para mejorar el medio ambiente en la Ciudad

de

México. Departamento del Distrito Federal.

Fernández, R . (1994) La Química en la sociedad. Editor, PIDI, Facultad de Química, UNAM.

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Flores, T. et al.(1990) Química. Publicaciones Cultural, México.

Garritz, A. Chamizo, J. (1994) Química. Addison – Wesley Iberoamericana S.A. Washington,

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Hein, M. (2001) Química. Thomson Learning, México.

Leal, Mariana et al Temas ambientales. Zona metropolitana de la Ciudad de México.

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Velasco, J.M. (Coordinador), (1999) Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente, Editorial

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http://www.unesco.org/water/wwap/facts figures/index.shtml (página consultada el 25 de

febrero

2008)

75

76

UNIDAD 4


108 de 180 24/08/15 15:19

CORTEZA TERRESTRE, FUENTE DE MATERIALES

ÚTILES PARA EL HOMBRE


1.

Detectar la importancia de los minerales en el desarrollo de la civilización.

2.

Reconocer la riqueza que representan los minerales y el petróleo de México.

3.

Reconocer la importancia de la petroquímica en la vida actual

4.

Conocer qué es reducir, reutilizar y reciclar la basura.

77

Introducción

La corteza terrestre tiene un grosor deaproximadamente 40 kilómetros, sin embargo en la

unidad

sólo se estudiará la parte superficial de la misma, que es considerada la piel del planeta. En

ella se

encuentran los compuestos que van a servir de alimento a las plantas, las cuales a su vez,

serán

consumidas por animales y seres humanos para poder sobrevivir. De los elementos que se

encuentran en la naturaleza, sólo 12 de ellos constituyen el 99.7% del peso de la corteza

terrestre y

en orden de mayor a menor abundancia, dichos elementos son: oxígeno (O), silicio (Si),

aluminio

(Al), hierro (Fe), calcio (Ca), magnesio (Mg), sodio (Na), potasio (K), titanio (Ti), hidrógeno

(H),

fósforo (P) y manganeso (Mn) . Naturalmente estos elementos no se encuentran solos, sino

formando parte de compuestos, como en los minerales, los cuales tienen que ser procesados

si se

requiere obtener cualquiera de los elementos por separado, y en donde, para obtener los

mejores

rendimientos, deberá considerarse la aplicación de los cálculos estequiométricos.

La corteza terrestre es un ejemplo relevante del estado sólido, que permite estudiar las

características de dicho estado, la estructura cristalina de algunos minerales o las

propiedades de

algunos compuestos como las sales o los óxidos que permiten el estudio del enlace iónico, o

los


109 de 180 24/08/15 15:19

metales, en los que se estudia el enlace metálico. Se encontrará que dicha corteza terrestre

es fuente

de riqueza para nuestro país por los minerales y el petróleo que se encuentran en ella, que

son

recursos no renovables que deben ser cuidados para evitar su agotamiento y también para

evitar la

contaminación, lo cual lleva a la búsqueda y conocimiento de nuevos materiales y al reciclado

o a la

aplicación de las tres “R”.

4.1 Minerales¿la clave de la civilización?

Los minerales son compuestos químicos inorgánicos generalmente con estructura cristalina.

Pueden

encontrarse en forma de sales metálicas tales como: óxidos, sulfuros, carbonatos, etc.,

mezclados

con rocas, o bien, minerales no metálicos como las arenas de sílice, asbesto, carbón y azufre

nativo.

La corteza terrestre está formada en un alto porcentaje por minerales.

Los seres humanos observaron desde tiempos inmemoriales que hay minerales en el suelo y

de

donde se pueden extraer metales, gracias a lo cual florecieron las Edades de Bronce y de

Hierro

hasta la actual industria metalúrgica y metalmecánica.

Metalurgia es el proceso de extracción de un metal. Al hablar de los procesos metalúrgicos,

se deben

definir los siguientes conceptos:

•

•

•

•

•

•

78

Ganga: parte rocosa que acompaña a los minerales.

Mineral: compuesto químico que contiene en su molécula un elemento, generalmente

metálico, de importancia económica o industrial.

Veta: lugar donde se encuentran los minerales en mayor concentración.

Mena: mineral usado comercialmente para la obtención de un metal.

Escoria: Todos los residuos que quedan después de la extracción de un metal.


110 de 180 24/08/15 15:19

Aleación: mezcla homogénea de dos o más metales, por ejemplo el bronce que se constituye

de cobre y estaño.

Autoevaluación:

4.1 Las aleaciones son:

A) compuestos químicos.

C) minerales.

B) elementos.

D) mezclas homogéneas.

4.2 El bronce es una aleación de:

A) cobre y estaño.

C) hierro y aluminio.

B) cobre y plomo

D) oro y plata.

4.1.1. Principales minerales de la República Mexicana.

Nuestro país ocupa el primer lugar mundial en producción de plata, arsénico, celestita (sulfato

de

estroncio) y fluorita(fluoruro de calcio) y el cuarto en azufre. Algunos minerales importantes y

los

estados donde existen yacimientos, son:

Minerales

Fe3O4 (magnetita)

Fe2O3, (hematita)

Al2O3 (bauxita)

Plata (nativa y

como compuesto)

Producto obtenido

Fe

Al

Ag

Oro

Au


111 de 180 24/08/15 15:19

CaF2 (fluorita)

HF

Azufre

Sal común

SrSO4 (celestita)

S

NaCl

Sr

Estados

Chihuahua, Coahuila, Colima y Michoacán

Guanajuato

Chihuahua, Durango, Sinaloa, Zacatecas, San

Luis Potosí, Sinaloa, Jalisco, Oaxaca, Hidalgo,

Tlaxcala

Oaxaca, Guerrero, Jalisco, Guanajuato,

Hidalgo, Zacatecas, San Luis Potosí

Chihuahua, Durango, Guanajuato, San Luis

Potosí

Tabasco, Veracruz

Todos los estados que tienen litoral

Baja California Sur, Chihuahua

Autoevaluación:

4.3 El sulfuro de plomo (II) forma el mineral llamado galena. Su fórmula es:

A) PbS

B) PbS2

C) Pb(SO4)2

D) PbSO4

4.4 El aluminio se obtiene por el proceso electrolítico (Proceso Hall) a partir de:

A) Al2O3

B) Al2S3

C) Al2(SO4)3

D)AlCl3

4.1.2. Metales, no metales y semimetales


112 de 180 24/08/15 15:19

Ubicación en la tabla periódica

Como se trató en la Unidad II, en la tabla periódica los metales se localizan en el lado

izquierdo y

debajo de la escalera en donde se encuentran los semimetales y al lado derecho de dicha

escalera

están los no metales.

79

Autoevaluación:

4.5 La mayoría de los elementos no metálicos se localizan, dentro de la tabla periódica en la

parte:

A) izquierda.

B) central.

C) superior derecha.

D) inferior izquierda.

4.6 Son exclusivamente símbolos de metales:

A) Li, Cl, Au.

B) He, Ne, Ar

C) F, Cl, Br.

D) Na, Ca, Mg.

4.7 El diamante que se extrae de minas; químicamente es:

A) metal.

B) no metal.

C) semimetal.

D) compuesto.

4.8 Los metalesalcalinos pertenecen al grupo:

A) I A.

B) II A.

C) I B.

D) II B.

4.9 El boro, silicio y arsénico son ejemplos de:


113 de 180 24/08/15 15:19

A) metales

B) no metales

C) gases

D) semimetales

4.10 La mayor parte de los elementos de la tabla periódica son:

A) gases

B) semimetales

C) no metales

D) metales

Propiedades físicas de metales y no metales

PROPIEDAD

Estado de agregación

Apariencia

Conducción del calor

Conducción de la

electricidad

Resistencia a la

deformación

Densidad

METALES

Sólidos, excepto el Hg, el Ga y el

Cs, que tienen un punto de fusión

inferior a 40ºC

Brillantes

NO METALES

Gases, líquidos o sólidos

Opacos excepto el yodo y el

diamante (forma alotrópica

del carbono)

Buena

Mala

Buena


114 de 180 24/08/15 15:19

Mala, excepto el selenio y el

grafito (forma alotrópica del

carbono)

Buena, la mayoría dúctiles (pueden Mala. Son quebradizos y se

formar alambres) y maleables

rompen fácilmente, excepto

(pueden formar láminas)

el diamante (forma alotrópica

del carbono)

Generalmente alta

Generalmente baja

Los semimetales o metaloides comparten algunas de las propiedades de metales y no

metales, por tal

razón son llamados anfóteros. Entre ellos están los semiconductores (Si, Ge y As), utilizados

en

transistores. Su conductividad eléctrica aumenta cuando se eleva la temperatura (al contrario

de los

metales).

80

Autoevaluación

4.11 En condiciones ordinarias, sólo algunos elementos puros son líquidos; entre ellos se

encuentran:

A) Al y Fe.

B) C y Na.

C) H y O.

D) Hg y Br.

4.12 La maleabilidad es una propiedad física de los:

A) sólidos.

B) halógenos.

C) metales.

D) no metales.

Propiedades químicas:

La propiedad química más importante de los metales es su poder reductor, esto es,

sucapacidad para

ceder electrones (oxidarse). Los no metales aceptan electrones de los metales (se reducen).


115 de 180 24/08/15 15:19

Los

hidróxidos de algunos metales como el aluminio, cromo y zinc, son capaces de reaccionar

tanto con

un ácido fuerte, como con un hidróxido fuerte. A los metales que forman estos compuestos se

les

llama anfóteros:

Al(OH)3 + 3 HCl → AlCl3 + 3 H2O

Al(OH)3 + NaOH → NaAl(OH)4

Serie de actividad de los metales:

Algunos metales reaccionan con agua fría, otros con agua caliente o vapor de agua, otros

con ácidos,

lo cual permite ordenarlos en una serie de actividad química, relacionada con la tendencia del

átomo

a ceder electrones y formar cationes. En una reacción química un metal de mayor reactividad

desplazará a un catión metálico de su sal, sólo si se encuentra más abajo que él en la serie

electromotriz.

Ejemplo

K + RbCl → Rb + KCl

Mg + CaCl2 → No hay reacción

Serie electromotriz

Mayor tendencia a ionizarse

Menor tendencia a ionizarse

K → K+

Rb → Rb+

Ca → Ca2+

Mg → Mg2+

Al → Al3+

Mn → Mn2+

Zn → Zn2+

Cr → Cr3+

Ni → Ni2+

Sn → Sn2+

Pb → Pb2+

Fe → Fe3+

H2 → 2H+

Bi → Bi3+

Cu → Cu2+

Ag → Ag+


116 de 180 24/08/15 15:19

Hg → Hg+

Au → Au3+

81

Autoevaluación

4.13 De acuerdo a la serie de actividad de los metales, al combinar Mg + Zn(NO3)2 el

resultado es:

A) no hay reacción.

B) Mg(NO3)2 + Zn(NO3)2.

C) Mg (NO3)2 + Zn.

D) Mg + NO2 + ZnO.

4.14 Si se deja caer un anillo de oro en un tanque de ácido sulfúrico, la ecuación que

representa esto

es:

B)2Au + H2 SO4 → Au2SO4 + H2

A) Au + H2SO4 → AuHSO4 + H+

C) Au + H2 SO4 → No hay reacción

D) 2Au + 6H2 SO4 → 2Au2 (SO4)3 + 6 H2

4.1.3 Estado sólido cristalino.

Las partículas que forman los sólidos están muy cercanas entre sí y ocupan posiciones

relativamentefijas, vibrando continuamente debido a las fuerzas intermoleculares que existen

entre ellas. Esas

fuerzas frecuentemente originan sólidos cristalinos, que son estructuras ordenadas de

partículas;

estos arreglos se repiten en todo el sólido, formando una red cristalina. A la parte más

pequeña de

una red cristalina se le denomina celda unitaria. Los cristales adoptan configuraciones

geométricas

determinadas, siempre limitadas por caras planas; aún cuando se trituren su fractura es

cristalina, es

decir, conservan superficies planas. Si no existe un arreglo ordenado se dice que la sustancia

es

amorfa.

Las partículas que forman los sólidos cristalinos generalmente están unidas por enlace iónico

o

metálico.

Autoevaluación:

4.15 Una sustancia sólida cuyas unidades constitutivas no tienen un arreglo ordenado es

A) amorfa.

B) radiactiva.


117 de 180 24/08/15 15:19

C) cristalina.

D) iónica.

4.16 Los cristales son sustancias:

A) coloidales.

B) plasmas.

C) dispersas.

D) sólidas.

4.17 Un ejemplo de sólido cristalino es el agua a

A) 32 ºC y presión atmosférica normal.

B) 278 OC y 150 kPa de presión.

C) 93 oC y 785 torr de presión.

D) -10 oC y 760 mmHg de presión.

Modelo cinético molecular

Según el modelo cinético, entre las partículas de los sólidos existen grandes fuerzas de

atracción, lo

que explica su estructura rígida pues al encontrarse muy cercanas entre sí, no pueden

moverse

libremente sino únicamente vibrar.

82

Autoevaluación

4.18 En función del modelo cinético molecular, los sólidos:

A) son muy compresibles.

B) tienen alta energía cinética molecular.

C) poseen elevado espacio intermolecular. D) son prácticamente incompresibles.

4.19 Los sólidos tienen forma definida debido a que las partículas que losforman:

A) viajan a gran velocidad.

B) presentan fuerzas de atracción débiles.

C) se mueven libremente.

D) presentas fuerzas de atracción elevadas.

Enlace Metálico

Los electrones de valencia de los átomos metálicos se mantienen unidos débilmente al

núcleo y son

fácilmente compartidos por todos los átomos (electrones deslocalizados), lo que explica por

qué los

metales son dúctiles y maleables, conductores y presentan brillo.


118 de 180 24/08/15 15:19

Autoevaluación:

4.20 Se tienen dos sustancias A (plata) y B (azúcar) a temperatura ambiente. Los átomos de

A están

unidos por enlace metálico, en tanto que los de B presentan enlace covalente. Debido a ello:

A) A es amorfa y B un sólido.

B) A conduce la electricidad y B no.

C) A es quebradiza y B dúctil.

D) Ambos son maleables.

4.21 Es una característica del enlace metálico la:

A) formación de sales.

B) formación de óxidos.

C) conductividad eléctrica.

D) densidad.

4.22 Debido al enlace metálico que une a sus átomos, el cobre:

A) forma sales.

B) es duro y quebradizo.

C) es dúctil.

D) forma minerales.

Enlace Iónico



Se presenta cuando un átomo metálico se une con un átomo no metálico, presentándose una

transferencia de uno o más electrones del metal al no metal.

Propiedades físicas promedio de las sustancias iónicas

Sólido cristalino a temperatura ambiente

Punto de fusión comúnmente elevado (mayor de 200 ºC)

Buena conductividad eléctrica cuando están fundidos

Buena conductividad eléctrica en disolución acuosa

Elevada solubilidad en agua

Diferencia de electronegatividad* entre los elementos enlazados mayor a 2.1

*Electronegatividad (concepto y criterios para clasificar tipos de enlace, ver UnidadII)

83

Autoevaluación:

4.23 Si la electronegatividad de Na es 0.9 en tanto que la del Cl es 3.0, la sal de mesa (NaCl)

es un

compuesto que presenta enlace:

A) metálico.

B) covalente.


119 de 180 24/08/15 15:19

C) coordinado.

D) iónico.

4.24 Una propiedad física de las sustancias iónicas es:

A) su elevado punto de fusión.

B) su baja solubilidad en agua.

C) su débil conductividad eléctrica.

D) ser líquidas a temperatura ambiente.

4.25 De los siguientes ejemplos KCl, MgO, CCl4, H2O, los compuestos iónicos son:

A) KCl, MgO, CCl4.

B)KCl, MgO.

C) KCl , H2O.

D) KCl, CCl4 , H2O.

4.26 La diferencia de electronegatividad entre el potasio y el cloro es de 2.2, por lo que el

cloruro

de potasio (KCl) presentará como propiedades físicas el ser:

A) insoluble en agua y no conducir la electricidad en ninguna condición.

B) muy soluble en agua y no conducir la electricidad en disolución ni fundido.

C) poco soluble en agua y conducir la electricidad en estado sólido únicamente.

D) soluble en agua y conducir la electricidad en disolución acuosa y fundido.

4.27 Una de las características de los compuestos iónicos es su solubilidad en agua. ¿Cuál

de las

siguientes sustancias es soluble en agua?

B) C6H6

C) Au

D) CsF

A) CCl4

4.1.4 Cálculos estequiométricos



La estequiometría es la parte de la química que se ocupa de las relaciones cuantitativas entre

reactivos y productos en una reacción química balanceada.

Existen algunas relaciones útiles para resolver problemas de estequiometría:

número de moles = gramos de una sustancia / masa molar de la sustancia

gramos de una sustancia = (No. de moles)(masa molar de la sustancia)

número de moles = número de moléculas de unasustancia/ 6.022x1023 moléculas/mol

número de moléculas de una sustancia = (número de moles)(6.02x1023 moléculas/mol)

Cabe hacer notar que también se pueden resolver estos problemas utilizando reglas de tres.

84


120 de 180 24/08/15 15:19

Autoevaluación:

4.28 ¿Cuántos moles de agua hay en 100 g de dicha sustancia?

A) 0.55

B) 0.055

C) 5.55

D) 55.5

4.29 Calcula cuántos gramos de nitrato de potasio (KNO3) hay en 25 moles de dicha

sustancia:

masas atómicas: K = 39; N = 14; O = 16

A) 0.25

B) 101

C) 252

D) 2525

4.30 Calcula el número de moles que forman 9.3x1023 moléculas de nitrato de calcio

Ca(NO3)2

masas atómicas: Ca = 40; N = 14; O = 16

A) 6.4

B) 1.54

C) 0.64

D) 15.4

4.31 Calcula el número de moléculas que hay en 2.95 moles de Fe(CN)3

masas atómicas: C = 12 ; Fe = 56; N = 14

A) 3.47 x1023

B) 1.77x1024

C) 2.04 x1023

D) 3.58x1023

Relaciones mol – mol

En estos problemas la masa de reactivos y productos se expresa en moles

(moles de A→ moles de B).

Recuerda que siempre se parte de una ecuación balanceada.

Ejemplo:

¿Cuántos moles de amoníaco gaseoso se obtienen al reaccionar 7 moles de nitrógeno con

suficiente

hidrógeno, a temperatura y presión elevadas?

1.- Escribe la ecuación balanceada.

N2 + 3H2 2NH3

2.- Calcula la relación molar (divide los moles de sustancia problema entre los moles de la


121 de 180 24/08/15 15:19

sustancia

inicial). Recuerda: el número de moles de cada sustancia es el coeficiente que tiene cada una

en la

ecuación balanceada.

7 moles de N2/1 mol N2 inicial = 7 (relación molar)

3.- Calcula el número de moles de la sustancia solicitada en el problema multiplicando el

número de

moles que se da como dato en el problema por la relación molar.

(2 moles NH3)(7) = 14 moles NH3 (cantidad solicitada)

Para usarregla de tres, en el primer renglón se escriben los datos obtenidos de la ecuación

balanceada y en el segundo, la incógnita y el dato proporcionado por el problema, cuidando

de

utilizar unidades semejantes en cada columna:

1 mol N2 ---------- 2 mol NH3

7 mol N2 ---------- x mol NH3

x mol NH3 = (7 mol N2)(2 mol NH3) / 1 mol N2 = 14 moles NH3

85

Autoevaluación:

4.32 ¿Cuántas moles de ácido sulfúrico se requieren para precipitar 5 moles de sulfato de

bario en la

reacción: H2SO4 + Ba(OH)2 BaSO4 + 2H2O ?

A) 0.5

B) 1.0

C) 2.0

D) 5.0

4.33 ¿Cuántos moles de ácido nítrico se necesitan para producir 8.75 moles de monóxido de

dinitrógeno de acuerdo con la siguiente ecuación?

4Zn + 10HNO3 → 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O

A) 1.0

B) 8.75

C) 10

D) 87.5

4.34 ¿Cuántos moles de hidróxido de litio se requieren para producir 27 moles de sulfato de

litio

según la ecuación 2LiOH + H2SO4 → Li2SO4 + 2H2O ?

A) 5.4

B) 2.7

C) 27

D) 54


122 de 180 24/08/15 15:19

Relaciones masa-masa:

Cuando se conoce la masa de cualquier reactivo o producto, se puede establecer la masa de

cualquier otra sustancia que participe en la reacción.

Ejemplo:

¿Cuántos g de Fe se obtienen mediante el calentamiento a 1200 oC de 710 g de FeO en

presencia de

CO según la ecuación

masas atómicas: Fe = 56; C = 12; O = 16

FeO + CO Fe + CO2

1. Se calculan las moles de FeO a partir de los gramos de FeO

moles FeO = (710 g FeO)(1 mol FeO / 72 g FeO) = 9.86 moles

2. Con las moles obtenidas anteriormente, se calcula la relación mol-mol para obtener las

moles

de Fe.

De acuerdo a la ecuación balanceada, la relación mol-mol es:

1 mol FeO produce 1 mol Fe

moles Fe = (9.86 moles FeO)(1 mol Fe/1 mol FeO) = 9.86 moles

3. Se transforman las moles de Fe obtenidas a gramos, almultiplicar por la masa molar.

gramos Fe = (9.86 moles Fe )(56 g Fe/1 mol Fe) = 552 gramos

86

Autoevaluación:

4.35 Una persona produce 7.5 g de HCl al día en el jugo gástrico. ¿Cuántas tabletas

antiácidas, cada

una con 400 mg. de Al(OH)3, se necesitan para neutralizar todo el HCl producido en un día?

A1(OH)3 + 3HC1 → A1C13 + 3H2O

Masas atómicas: A1 = 27; Cl = 35; O = 16 ; H =: 1

A) 1.5

B) 33

C) 10.6

D) 18

4.36.- ¿Cuántos gramos de fosfato de zinc se forman cuando se hacen reaccionar 10 g de

zinc con

ácido fosfórico según la ecuación balanceada siguiente?

3 Zn + 2 H3PO4 → Zn3(PO4)2 + 3H2

masas atómicas: Zn = 65; P = 31; O = 16; H = 1.0

A) 32 g

B) 15.45 g

C) 19.7 g


123 de 180 24/08/15 15:19

D) 26.4 g

4.2 Petróleo, un tesoro de materiales y de energía.

El petróleo crudo es un recurso natural no renovable que físicamente aparece como una

mezcla

negruzca. Está formado principalmente por hidrocarburos gaseosos, líquidos y sólidos, que

van

desde el metano (un gas) hasta sólidos de alto peso molecular (asfaltos).

El 90% de la producción mundial de petróleo se utiliza para cubrir el 40% de la demanda de

energía. El 10% restante se destina a la producción de plásticos, resinas, hule sintético,

insecticidas,

fibras sintéticas, fertilizantes, colorantes, disolventes, tintas comestibles, negro de humo,

detergentes

y muchísimos otros productos que están siempre a nuestro alrededor.

Autoevaluación

4.37 El petróleo es un ejemplo de:

A) compuesto iónico

C) mezcla heterogénea

B) mezcla homogénea

D)compuesto covalente

4.38 Los sólidos de alto peso molecular que se obtienen del petróleo son:

A) asfaltos

B) gasolinas

C) parafinas

D) etilenos

4.2.1. Importancia del petróleo para México

México ocupa el décimo sitio anivel mundial en cuanto a reservas petrolíferas probadas,

probables

y posibles, con un estimado en el año 2007 de casi 45 376 millones de barriles (cada barril es

igual a

159 litros). De acuerdo a la producción actual, se considera que las reservas probadas

durarán de 10

a 12 años y, dado que es un recurso no renovable, es menester encontrar combustibles

alternativos.

Las divisas por venta del petróleo equivalen aproximadamente al 35% del PIB. En México se

encuentran los siguientes tipos de crudo (petróleo directamente obtenido del yacimiento):

a) Istmo.- Petróleo crudo ligero, proveniente del área de Chiapas y Tabasco.

b) Maya – Petróleo crudo pesado, que se obtiene en las plataformas marinas ubicadas en

la sonda de Campeche.


124 de 180 24/08/15 15:19

c) Olmeca – Petróleo crudo muy ligero que se obtiene de los pozos del norte de Tabasco, y

Reynosa, Tamaulipas.

87

Recientemente se descubrieron grandes depósitos de gas natural en la llamada Cuenca de

Burgos,

situada en Coahuila.

La gasolina es la fracción líquida del petróleo que tiene más demanda en el mundo; es una

mezcla

compleja de hidrocarburos, principalmente alcanos, entre 5 y 12 carbonos. En 1927 se

estableció un

estándar arbitrario de desempeño llamado índice de octano u octanaje. El cero se asignó al

nheptano y el 100 al “isooctano”. Las gasolinas modernas tienen octanajes superiores a 100.

A partir de la década de los 80, México exporta aproximadamente el 50% del crudo

producido.

Cuando un país produce y exporta petróleo crudo, como es el caso de México, obtiene

menos

divisas que las generadas por la industria petroquímica, ya que en ésta se producen muchos

otros

materiales que son la base del confort moderno. En nuestro país, la petroquímica es

incipiente, porlo que es necesario tomar conciencia de ello y tratar de revertir la situación.

Autoevaluación

4.39 El número de átomos de carbono de los hidrocarburos que forman la gasolina va de:

A) 2 a 4.

B) 4 a 6.

C) 5 a 12.

D) 8 a 14.

4.2.2. Hidrocarburos

El nombre genérico de las sustancias que mayoritariamente conforman el petróleo es:

hidrocarburos,

compuestos orgánicos que sólo contienen átomos de carbono e hidrógeno.

Alcanos, alquenos y alquinos

Alcanos.- Hidrocarburos saturados, es decir, con enlaces sencillos entre C y C. Fórmula

general:

CnH (2n + 2) en la que n es el número de carbonos. Su nomenclatura depende del número

de carbonos

que forma la molécula con la terminación ano. Algunas veces se les llama parafinas debido a

su

poca reactividad química. Los primeros cuatro alcanos son gases; entre 5 y 16 carbonos son


125 de 180 24/08/15 15:19

líquidos

a 20oC y en adelante, sólidos

Alquenos: Hidrocarburos insaturados, con uno o más dobles enlaces C=C. Cuando tiene un

solo

enlace doble, la fórmula general es Cn H(2n). Se les asigna nombre de manera parecida a

los alcanos

pero se debe cambiar la terminación ano por eno y MENCIONANDO LA POSICIÓN DEL

DOBLE ENLACE.

Alquinos: Hidrocarburos insaturados con uno o más (muy rara vez) triples enlaces entre C y

C. La

fórmula general es Cn H(2n-2). Se nombran igual que los alcanos, cambiando la terminación

ano por

ino y mencionando la posición del triple enlace.

Los hidrocarburos se pueden representar por fórmulas: condensadas (indica el número de

carbonos e

hidrógeno), semidesarrolladas (muestran los enlaces entre carbonos) y desarrolladas

(muestran todos

los enlaces).

88

Ejemplos de alcanos lineales

Fórmula

condensada

CH4

C2H6

C3H8

C4H10

C5H12

C6H14

C7H16

C8H18C9H20

C10H22

Fórmula semidesarrollada

Nombre

CH4

CH3 – CH3


126 de 180 24/08/15 15:19

CH3 – CH2 – CH3

CH3 – CH2 – CH2 – CH3

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2-CH3

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2- CH2 - CH3

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2- CH2 – CH2 - CH3

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 - CH2- CH2 – CH2 –CH2 – CH3

metano

etano

propano

butano

pentano

hexano

heptano

octano

nonano

decano

Autoevaluación

4.40 El nombre químico de: CH3 – CH2 – CH2 – CH3 es:

A) 2-metil butano.

B) butano.

C)3-metil.-butano.

4.41 El número de carbonos que contiene el pentano es:

A) 3.

B) 4.

C) 6.

D)neopentano.

D) 5.

Ejemplos de alquenos

Fórmula

condensada

C2 H4

C3 H6

C4 H8


127 de 180 24/08/15 15:19


Nombre

CH2 = CH2

CH2 = CH - CH3

CH2 = CH - CH2-CH3

CH3 – CH = CH - CH3

Eteno o etileno

propeno

1-buteno

2-buteno

Autoevaluación

4.42 El nombre correcto de CH3 – CH = CH - CH2-CH3 es:

A) pentano.

B) 2-penteno.

C) 3-penteno.

D) penteno.

Ejemplos de alquinos

Fórmula

condensada

C2 H2

C3 H4

C4 H6


Nombre

CH ≡ CH

CH ≡ C – CH3

CH ≡ C - CH2-CH3

CH3 – C ≡ C - CH3

Etino o acetileno

propino


128 de 180 24/08/15 15:19

1-butino

2-butino

89

Autoevaluación

4.43 El número de átomos de carbono que contiene el acetileno es:

A) 1.

B) 2.

C) 3.

D) 4.

4.2.3. Combustiones y calor de combustión.

Las combustiones son reacciones químicas en las cuales intervienen oxígeno y una

sustancia que, al

llegar a su punto de ignición, manifiesta su energía en forma de luz y calor (se quema). Los

alcanos

son las sustancias ideales para ilustrar las reacciones de combustión. La ecuación general de

combustión de los alcanos es:

CnH(2n +2) + O2

chispa o ∆

CO2 + H2O + luz + calor

Autoevaluación

4.44 A la reacción en la que interviene el oxígeno y que se efectúa violentamente con emisión

de

luz y calor, se denomina de:

A) concatenación

B) hidrogenación

C) combustión

D) fisión

4.45 La ecuación balanceada de la combustión del metano es.

A) CH4 + O2 chispa

CO2 + H2O + luz + calor

B) CH4 + O2

∆

2CO2 + H2O + luz + calor


129 de 180 24/08/15 15:19

C) CH3 – CH2 – CH3 + 5O2

D) CH4 + 2O2

chispa

∆

3H2O + luz + calor

CO2 + 2H2O + luz + calor

Calor de combustión.

La cantidad de energía térmica que se desprende cuando se quema una cierta cantidad (p.

ej. un

gramo) de una sustancia es su calor de combustión. Cuando se quema un mol de sustancia,

la

energía térmica liberada se llama calor de combustión molar. Las unidades que se usan para

medir

la energía térmica liberada pueden ser calorías o Joules (1 caloria = 4.18 Joules).

Autoevaluación

4.46.- La energía térmica liberada al quemar una sustancia, se denomina:

A) calor de liberación.

B) calor de fusión.

C) calor de combustión.

D) calor de evaporación.

4.47.- El calor de combustión molar se libera al quemar:

A) 1 gramo de una sustancia.

B) 100 gramos de una sustancia.

C) 1 mol de una sustancia.

D) una sustancia.

90

4.2.4 Refinación del Petróleo

Se llama refinación al conjunto de procesos físicoquímicos a los que se somete el petróleo

crudo.

Tiene como objetivos básicos:

•

•


130 de 180 24/08/15 15:19

•

•

Separar el crudo en distintas fracciones mediante la destilación fraccionada.

Convertir las fracciones de menor demanda en el mercado en otros más redituables,

fundamentalmente gasolinas, mediante el “craqueo” térmico.

Modificar las estructuras de las cadenas de carbono de las gasolinasmediante el proceso

de reformación, para obtener un índice de octano más alto.

Purificar los productos obtenidos eliminando compuestos indeseables.

Las principales refinerías del país se encuentran en: Veracruz, Tabasco, Campeche,

Tamaulipas y

Guanajuato.

Autoevaluación:

4.48 El principal objetivo de la refinación del petróleo es:

A) mezclar aceites lubricantes con disolventes orgánicos

B) obtener alquenos y alquinos

C) producir elastómeros por polimerización

D) separar las distintas fracciones del petróleo crudo

4.49 Las principales refinerías del país se encuentran en:

A) Sinaloa, Michoacán y Guanajuato

B) Lázaro Cárdenas, Infiernillo y Malpaso

C) Salina Cruz, Puerto Madero, Acapulco y D.F.

D) Veracruz, Tabasco, Campeche y Tamaulipas

4.2.5. Fuente de materias primas

Se llama materia prima a toda sustancia que sirve para obtener otros productos después de

ser

tratada.

Además de los hidrocarburos provenientes directamente de la refinación, en los complejos

petroquímicos se obtienen algunas materias primas como:

• Etileno (C2H4) y sus derivados primarios: acetaldehido, óxido de etileno, polietileno,

oxígeno y nitrógeno.

• Propileno, butilenos e isobutilenos.

• Aromáticos: benceno, tolueno, xilenos, estireno, cumeno y sus derivados: dodecil benceno,

fenol, bisfenol, ácido tereftálico, nitrotoluenos.

91

Autoevaluación

4.50 El eteno o etileno cuya fórmula es CH2=CH2, se considera una materia prima, porque


131 de 180 24/08/15 15:19

de él se

obtiene:

A) tolueno.

B) polietileno.

C) fenol.

D) propileno.

4.51 El inciso que sólo contiene materias primas obtenidas de la refinación del petróleo, es:

A) poliestireno, teflón.

B) benceno, tolueno.

C) trinitrotolueno, fenol.

D) tereftalato de polietileno, cumeno

4.2.6.Alquenos y su importancia en el mundo de los plásticos.

Los plásticos son materiales poliméricos formados por carbono y otros elementos como

hidrógeno,

oxígeno, nitrógeno o flúor. Son sólidos en su estado final, pero en alguna etapa de su

fabricación son

suficientemente suaves para ser moldeados por medio de calor y/o presión.

En la actualidad se calcula que por cada Kg de metal que se usa, ya sea en la industria o en

el hogar,

se utilizan 4 Kg de plástico y sus usos son innumerables: fibras textiles, juguetes, envases,

tuberías,

lentes, partes de automóviles, motores y aviones, utensilios de cocina, pegamentos, suelas

de

zapatos, colchones, aislantes, partes eléctricas, herramientas, artículos deportivos, etc.

El etileno y el propileno son las sustancias más importantes de la química de los polímeros; el

etileno es materia prima de un 30% de todos los productos petroquímicos.

Autoevaluación

4.52 En el etileno CH2=CH2 se encuentra presente un enlace

A) triple.

B) conjugado.

C) sencillo.

D) doble.

4.3 La nueva imagen de los materiales

El hombre ha utilizado compuestos de silicio que se hallan en la corteza terrestre desde hace

miles

de años: la cerámica, el cuarzo y el vidrio son silicatos y bióxidos de silicio; sin embargo, la

tecnología moderna los ha modificado y encontrado para ellos usos inimaginables para el

hombre de

siglos pasados.

4.3.1 Cristales líquidos:


132 de 180 24/08/15 15:19

Sustancias cuyas propiedades, se encuentran entre las de los sólidos y las de los líquidos.

Pueden

fluir y sin embargo, sus moléculas están ordenadas siguiendo una orientación espacial

común. Los

cambios de temperatura o los campos eléctricos y magnéticos afectan la estructura de los

cristales

líquidos, que se traducen en cambios decolor y otras propiedades físicas.

Semiconductores. Son cristales de silicio, que en estado puro transmiten la electricidad con

mucha

menos eficiencia que los metales pero mayor que los no metales. Al impurificarlos

(“doparlos”) con

trazas de arsénico, aluminio o galio, se obtiene un transistor, que es capaz de amplificar y

controlar

pequeñas cantidades de electricidad en una sola dirección.

92

Fibras ópticas.- Son cables finísimos de bióxido de silicio (SiO2) muy puro, obtenido por

destilación de vidrio, dentro de los cuales se transmite información convertida en haces

luminosos

que viajan a 300 000 km/s. Las paredes internas de las fibras ópticas reflejan el 100% de la

luz que

incide (reflexión total), así la luz que entra por un extremo de la fibra sale por el otro sin

pérdidas,

no importando que las fibras estén dobladas o enrolladas. Debido a sus propiedades han

sustituido a

los cables de líneas telefónicas.

Plásticos.- Se conoce con el nombre genérico de plásticos a una serie de macromoléculas

obtenidas

por el hombre mediante reacciones químicas de polimerización: polietileno, poliestireno,

teflón,

dacrón, nylon, acrílico, PVC, baquelita, uretanos, etc. Se dividen en termofijos y

termoplásticos.

Sus principales ventajas son: ligereza, elasticidad, aislamiento térmico, bajo costo, facilidad

de

obtención, resistencia a la corrosión, compresión y tensión. Entre sus desventajas: baja

resistencia a

la temperatura, baja resistencia a los rayos ultravioleta, poca dureza superficial,

inflamabilidad, alto

coeficiente de expansión térmica, no biodegradabilidad (termofijos), poca resistencia a la


133 de 180 24/08/15 15:19

abrasión

de algunos y diferentes grados de toxicidad.

Cerámicas.– La fabricación de objetos de cerámicase cuenta entre las primeras tecnologías

que

desarrolló el ser humano. Sin embargo, la investigación ha permitido pasar de los cacharros

de

barro o porcelana a materiales cerámicos con resistencia térmica tan alta que se utilizan en

los

conos de puntas de cohetes espaciales; otros tienen propiedades magnéticas y sirven como

elementos de memoria en computadoras; otros más tienen una conductividad eléctrica tan

excepcional a la temperatura del nitrógeno líquido (-196°C) que se les conoce como

superconductores, necesarios para construir los electroimanes que se usan en los

aceleradores de

partículas y en los trenes con levitación magnética.

Autoevaluación:

4.53 Entre otros usos, las fibras ópticas han sustituido a:

A) los lentes polarizados.

B) las cámaras fotográficas.

C) los cables telefónicos.

D) los cables eléctricos.

4.54 Las cerámicas se caracterizan por su:

A) alta resistencia térmica.

B) color amarillo paja.

C) bajo punto de fusión.

D) alto coeficiente de expansión.

4.55 Los materiales superconductores trabajan a temperaturas de:

A) 0 oC

B) -40°C.

C) 100°C.

D) -196°C.

4.56 Las carátulas que muestran los números en los relojes digitales, tienen una capa de:

A) cristal líquido.

B) silicio.

C) fibra óptica.

D) polietileno.

93

4.3.2.- Reacciones de polimerización para la obtención de resinas plásticas.

Un polímero es una molécula de gran tamaño formada por la combinación de unidades


134 de 180 24/08/15 15:19

simples más

pequeñas llamadas monómeros. Existen dos tipos de polimerización: por adición y por

condensación. Esquemáticamente, una polimerización por adición puede ser:

monómero + monómerodímero

dímero + monómerotrímero

trímero + n monómerospolímero

Algunos polímeros de adición y susmonómeros de origen son:

Monómero Fórmula representativa

Polímero

etileno

propileno

estireno

CH2 = CH2

CH2 = CH2- CH3

CH2 = CH

│

C6H5

cloruro de vinilo

tetrafluoruro

de vinilo

acrilonitrilo

polietileno

polipropileno

poliestireno

CH2 = CH

│

Cl

cloruro de polivinilo (PVC)

F2 ─ C = C ─ F2

teflón

CH2 = CH


135 de 180 24/08/15 15:19

│

CN

poliacrilonitrilo

(orlón, acrilán)

4.57 El monómero del teflón es:

A) tetrafluoruro de vinilo.

C) acrilonitrilo.

B) cloruro de vinilo.

D) estireno

4.4 Suelo, soporte de la alimentación

Los suelos son rocas desmoronadas por el intemperismo, mezclados con materia

proveniente de

vegetales y animales en descomposición, además de agua. De ellos se obtienen los

nutrientes

necesarios para la vida en el planeta. Los elementos indispensables para el desarrollo de los

vegetales son N, P y K, conocidos como nutrientes básicos. Para recuperar su concentración

en

el suelo y lograr mejores cosechas, el hombres ha utilizado desde tiempos remotos

sustancias

que los contienen y liberan más o menos fácilmente, llamadas fertilizantes. Entre ellos

podemos

mencionar desde orina humana, usada en la prehistoria, pasando por estiércol, guano de

aves o

murciélagos hasta los fertilizantes industriales como NH3, NaNO3, Ca(NO3)2, (NH4)3PO4,

NH4NO3 y KNO3.

94

4.4.1. CHONPS en la naturaleza

Carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre (CHONPS) son elementos que

provienen de la descomposición de la materia orgánica, la que a su vez determina la fertilidad

de los suelos. Cada uno de estos elementos tiene un ciclo biogeoquímico durante el cual

suceden diversas transformaciones siendo aprovechados por los vegetales y los animales,

quienes los devuelven a su lugar deorigen.

Elemento

C, H, O


136 de 180 24/08/15 15:19

(humus)

N

P

Características del suelo de acuerdo a su CHONP

Proveniente de

Importancia

Restos vegetales poco

Determina las características físicas y

degradables.

químicas; intercambio de nutrientes y

reserva de N fijado en el suelo.

Aminoácidos, aminoazúcares,

Fuente de N. Fertilidad del suelo.

bacterias nitrificantes

Ésteres fosfatados,

Fuente de P para vegetales Fertilidad

fosfolípidos.

del suelo.

Autoevaluación

4.58 Son nutrientes básicos para los vegetales:

A) I, K, O

B) C, K, S.

C) N, P, K

D) C, S, H.

Ciclo del carbono

Una de las principales fuentes de carbono para la formación de cadenas, es el bióxido de

carbono

atmosférico, el cual se combina con el agua en las plantas, por medio de la luz solar,

formando

compuestos de carbono de largas cadenas, llamados carbohidratos. Éste proceso se conoce

con el

nombre de fotosíntesis y se representa con la siguiente ecuación:

6 CO2 + 6 H2O

luz solar


137 de 180 24/08/15 15:19

C6H12O6 + 6 O2↑

glucosa

Cuando un gran número de carbohidratos simples como la glucosa, se unen, resultan la

celulosa y el

almidón, carbohidratos complejos que constituyen gran parte de la estructura de las células

de las

plantas. Los animales comen plantas y en el cuerpo de los animales, los carbohidratos de las

plantas

son transformados en compuestos diferentes.

Durante la respiración, el oxígeno de la atmósfera es transformado en bióxido de carbono, el

cual

interviene en la fotosíntesis, de acuerdo a lo expresado en párrafo precedente; sin embargo

en las

últimas décadas la quema excesiva de combustibles fósiles está elevando considerablemente

las

concentraciones del bióxido de carbono atmosférico, lo cual a su vez está provocando un

cambioclimático. Todo esto se percibe en el siguiente diagrama.

95

Ciclo del carbono

Ciclo del oxígeno

El oxígeno podemos encontrarlo bajo la forma de agua, en el aire como oxígeno molecular y

en

forma de CO2, así como en una diversidad de compuestos. El oxígeno es producido por los

individuos fotosintéticos. Los individuos aeróbicos necesitan oxígeno en mayor o en menor

cantidad para llevar a cabo sus procesos metabólicos, además de que el oxígeno también es

necesario para la combustión. Esto se observa en los siguientes esquemas.

Oxígeno

atmosférico

Consumo de oxígeno por

respiración aeróbica y

combustión

Asimilación del

oxígeno

Fotosíntesis

Agua


138 de 180 24/08/15 15:19

Oxígeno

orgánico

Descomposición del

oxígeno orgánico

96

Ciclo del nitrógeno

El nitrógeno, es el ladrillo que construye la vida, es un componente esencial del ADN, del

ARN y de

las proteínas. Todos los organismos requieren nitrógeno para vivir y crecer. A pesar que la

mayoría

del aire que se respira es N2, la mayoría de este nitrógeno no está al alcance para el uso de

los

organismos, debido al fuerte triple enlace entre los dos átomos de nitrógeno de la molécula,

por ello

el nitrógeno es relativamente inerte. Para que las plantas y animales puedan usar el

nitrógeno, tiene

que ser convertido a una forma química disponible como el amonio (NH4+), el nitrato (NO3 )

o el

nitrógeno orgánico, como la urea (NH2)2CO. La naturaleza inerte del N2 significa que el

nitrógeno

biológico disponible es a menudo escaso en los ecosistemas naturales.

Cualquier proceso en el cual el nitrógeno del aire se convierte en compuestos nitrogenados

en el

suelo, se llama fijación de nitrógeno. El nitrógeno es fijado de forma natural durante las

tormentas

eléctricasy mediante bacterias del suelo. Los fertilizantes contienen nitrógeno fijado de

manera

artificial.

Autoevaluación

4.59 Los vegetales obtienen el oxígeno necesario para su metabolismo de:

A) el agua.

B) el suelo.

C) los fertilizantes.

D) el aire.

4.60 En la fotosíntesis se encuentran presentes los ciclos de:

A) nitrógeno y azufre.


139 de 180 24/08/15 15:19

B) fósforo y azufre.

C) fósforo y carbono.

D) carbono y oxígeno.

4.61 Durante el ciclo del carbono se ha incrementado el bióxido de carbono en el aire,debido

a la:

A) estabilidad del carbono en el compuesto.

B) baja solubilidad del compuesto.

C) quema excesiva de combustibles fósiles.

D) afinidad del compuesto por el oxígeno

97

4.62 Para que el nitrógeno pueda ser utilizado por animales y plantas, debe estar en forma

de:

A) N2 , NO31B) NH41+, NO31C) N , N2

D) NH3 , N

4.63 En el ciclo del nitrógeno, los gases liberados durante la combustión en vehículos son:

A) NOx

C) NH41+

B) N2

D) NH3

4.64 La fijación del nitrógeno se efectúa de forma natural cuando:

A) se tiene un día soleado.

B) hay tormentas eléctricas seguidas de lluvia.

C) se efectúa la combustión de hidrógeno.

D) se presenta una combustión incompleta.

4.4.2. El pH y su influencia en los cultivos.

pH del suelo

4.0 – 5.0

Acidez o alcalinidad

Acidez muy alta

5.0 – 6.0

Acidez alta a moderada


140 de 180 24/08/15 15:19

6.0 – 6.7

Acidez ligera

7.1 – 9.0

De ligeramente alcalina a

alcalina

Fuertemente alcalino

Excesivamente alcalino

9.0 – 10.3

10.3 – 11.0

Autoevaluación

4.65 El pH adecuado para la mayoría de los cultivos es de:

A) 4.0-5.0

B) 5.0-6.0

C) 6.0-6.7

4.66 Un pH fuertemente alcalino es:

A) adecuado para algunos cultivos

C) apto sólo para el cultivo de berenjena

Tipo decultivo

Únicamente sirve para

cultivos de suelo ácido

(berenjena) o bien requiere

adición de Ca(OH)2.

Algunos cultivos lo toleran;

otros requieren adición de

Ca(OH)2.

Adecuada para la gran

mayoría de cultivos.

Aptos para muchos cultivos.

Inadecuados para cultivos.

Inadecuados para cultivos.

D)10.3-11.0


141 de 180 24/08/15 15:19

B) apto para todos los cultivos

D) inadecuado para los cultivos

4.5. La conservación o destrucción de nuestro planeta.

La sociedad acostumbrada a los artículos desechables, genera cantidades significativas de

residuos

sólidos cada día por lo que nos estamos quedando sin espacios disponibles para confinarlos.

Por otro

lado, los recursos del planeta se están agotando con tal rapidez, que es probable que en un

futuro

cercano enfrentemos escasez de los mismos.

98

4.5.1. Consumismo – Basura – Impacto Ambiental.

Los avances tecnológicos han permitido a los habitantes de los países industrializados y en

menor

escala a los de países pobres, disponer de una gran variedad de bienes de consumo. Las

envolturas

de plástico se convierten en basura, al igual que, poco tiempo después los propios artículos.

Esto trae

como consecuencia gravísimos problemas ambientales, pues los plásticos tardan más de 100

años en

descomponerse, obstruyen el flujo del oxígeno en ríos y lagunas, contaminan el agua y la

tierra.

Cuando la basura sólida se arroja en tiraderos al aire libre los lugares se infestan de moscas,

ratas,

etc. Si se deposita en rellenos sanitarios (capas de basura cubiertas con tierra) contamina las

aguas

subterráneas y cuando se incinera a cielo abierto contamina el aire.

4.5.2. Reducción, reutilización y reciclaje de basura.

Los residuos sólidos son todos aquellos materiales que ya no sonde utilidad para quien los

genera.

Existen varias formas de solucionar el problema de la basura:

Reducir, consiste en adquirir y utilizar menos cantidad de materiales desechables.

Reutilizar, hacer un artículo lo suficientemente durable para soportar un uso repetido.

Reciclar, consiste en dar a los materiales un segundo uso por medio de un proceso de

transformación. Es un proceso que requiere energía y se pierde parte del material.

Desde el punto de vista económico el reciclaje del aluminio y otros metales, es muy

importante; sin


142 de 180 24/08/15 15:19

embargo, desde el punto de vista ecológico lo más importante es el reciclaje del papel.

4.5.3. Responsabilidad en la conservación del planeta.

Cada persona debe desarrollar una actitud responsable en cuanto al cuidado de las

condiciones

ambientales de su entorno.

Autoevaluación

4.67 Por razones económicas, el material más importante para reciclar es:

A) aluminio

B) madera

C) plástico

D) papel

4.68 Por razones ecológicas, el material más importante para reciclar es:

A) aluminio

B) latón

C) cobre

D) papel

4.69 Las 3R cuando se habla de basura significan:

A) resumir, reciclar, retomar

B) reducir, reutilizar, reciclar

C) recoger residuos retornables

D) reacomodar, retener, reciclar

99

RESPUESTAS

4.1.- D) mezclas homogéneas

4.2.- A) cobre y estaño

4.3.- A) PbS

4.4.- A) Al2O3

4.5.- C) superior derecha

4.6.- D) Na, Ca, Mg

4.7.- B) no metal

4.8.- A) I A

4.9.- D) semimetales

4.10.- D) metales

4.11.- D) Hg y Br

4.12.- C) metales

4.13.- C) Mg(NO3)2 + Zn

4.14.- C) Au + H2SO4 → no hay reacción

4.15.- A) amorfa


143 de 180 24/08/15 15:19

4.16.- D) sólidas

4.17.- D) -10 oC y 760 mm Hg de presión

4.18.- D) son prácticamente incompresibles

4.19.- D) presentan fuerzas de atracciónelevadas

4.20.- B) A conduce la electricidad y B no

4.21.- C) conductividad eléctrica

4.22.- C) es dúctil

4.23.- D) iónico

4.24.- A) su elevado punto de fusión

4.25.- B) KCl, MgO

4.26.- D) soluble en agua y conducir la electricidad en disolución acuosa y fundido

4.27.- D) CsF

4.28.- C) 5.55

4.29.- D) 2525

4.30.- B) 1.54

4.31.- B) 1.77x1024

4.32.- D) 5.0

4.33.- D) 87.5

4.34.- D) 54

4.35.- C) 10.6

4.36.- C) 19.7 g

4.37.- C) mezcla heterogénea

4.38.- A) asfaltos

4.39.- C) 5 a 12

4.40.- B) butano

4.41.- D) 5

4.42.- B) 2- penteno

4.43.- B) 2

4.44.- C) combustión

4.45.- D) CH4 + 2 O2 chispa CO2 + 2H2O + luz + calor

4.46.- C) calor de combustión

100

4.47.- C) 1 mol de una sustancia

4.48.- D) separar las distintas fracciones del petróleo crudo

4.49.- D) Veracruz, Tabasco, Campeche y Tamaulipas

4.50.- B) polietileno

4.51.- B) benceno, tolueno

4.52.- D) doble

4.53.- C) los cables telefónicos


144 de 180 24/08/15 15:19

4.54.- A) alta resistencia térmica

4.55.- D) - 196 oC

4.56.- A) cristal líquido

4.57.- A) tetrafluoruro de vinilo

4.58.- C) N, P, K

4.59.- D) del aire

4.60.- D) carbono y oxígeno

4.61.- C) quema excesiva de combustibles fósiles

4.62.- B) NH41+, NO314.63.- A) NOx

4.64.- B) hay tormentas eléctricas seguidas de lluvia

4.65.- C) 6.0 – 6.7

4.66.- D) inadecuado para los cultivos

4.67.- A) aluminio

4.68.- D) papel

4.69.- B) reducir, reutilizar, reciclar

BIBLIOGRAFÍA

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145 de 180 24/08/15 15:19

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101

102

UNIDAD 5

ALIMENTOS, COMBUSTIBLE PARA LA VIDA


1. Identificar en el organismo humano los minerales y vitaminas requeridos y su función,

mediante investigación bibliográfica o experimental.

2. Identificar experimentalmente la presencia de algunos minerales y vitaminas en diversos

alimentos.

3. Reconocer los carbohidratos, lípidos y proteínas con base en su estructura y grupos

funcionales, identificándolos en la alimentación cotidiana.

4. Conocer diversos métodos en la conservación de alimentos.

Combustibles para

la vida

Carencia y

exceso

Alimentos

Minerales

Métodos de

conservación

Fuente de

Macrominerales

Biomoléculas

Proteínas

Minerales


146 de 180 24/08/15 15:19

traza

Lípidos

Carbohidratos

103

Introducción

Una vez que los conceptos fundamentales de la química se han revisado en las cuatro

unidades

anteriores, en esta quinta unidad se aplican dichos conceptos para comprender desde un

punto de

vista químico, biológico y social, lo que sucede con los alimentos que ingerimos.

Existe la necesidad de buscar y utilizar métodos de conservación de alimentos, reconocer la

presencia de algunos minerales y vitaminas en ellos, así como tener las bases químicas para

entender

la química de las biomoléculas.

Se comienza con un análisis acerca de lacarencia y exceso de los alimentos, haciendo

referencia a

las diversas situaciones de consumo alimenticio en los países desarrollados y

subdesarrollados.

Posteriormente se hace un estudio acerca de los minerales contenidos en los alimentos y su

importancia en los seres humanos, clasificándolos en macrominerales y minerales traza de

acuerdo

a las cantidades presentes en los organismos.

Una vez que se han estudiado los minerales, viene el estudio de las biomoléculas

(carbohidratos,

lípidos, proteínas y vitaminas), el cual consiste en reconocer los grupos funcionales presentes

en

dichas biomoléculas, su origen y su función en los organismos.

La unidad termina con los métodos de conservación de alimentos. Se presentan los

diferentes

métodos existentes en la tecnología de alimentos, sus características, importancia y las

ventajas que

presentan unos respecto a los otros.

5.1 Elementos esenciales para la vida

5.1.1. Tragedia de la riqueza y de la pobreza; exceso y carencia de alimentos.

En la mayoría de las culturas, las dietas con alguna nutrición equilibrada, se desarrollaron

históricamente de manera natural de acuerdo a los recursos existentes en cada región.

Las personas que no ingieren los nutrientes adecuados, tienen poco combustible que


147 de 180 24/08/15 15:19

quemar, por lo

cual entran en un estado de desnutrición, siendo más común en los países en vías de

desarrollo, ya

que a causa de la pobreza, no es posible tener buenos sembradíos, ni ganadería y pesca

adecuadas.

Cuando una persona no come lo suficiente, el cuerpo intentará satisfacer sus necesidades

energéticas

consumiendo las grasas corporales; si la desnutrición persiste, se comenzará a obtener

energía de las

proteínas estructurales de los tejidos del cuerpo y losórganos comenzarán a funcionar mal.

Los más afectados por la desnutrición son los niños, ya que ellos requieren mayor cantidad

de

energía, pues la utilizan en el proceso de crecimiento.

En los países más industrializados aunque hay abundancia de alimentos, muchos de ellos no

contienen los requerimientos energéticos necesarios para el buen aprovechamiento y cuando

no se

eligen adecuadamente los alimentos, se presenta una mala nutrición.

104

Autoevaluación

5.1. La desnutrición causa una tasa de muerte mayor en:

A) hombres.

B) mujeres.

C) niños.

D) ancianos.

5.2. Los requerimientos energéticos en una persona con estado de desnutrición se tomarán

primero

de:

A) grasas.

B) proteínas.

C) minerales.

D) carbohidratos.

5.1.2. Sales minerales de: Na, K, Ca, P, S, Cl.

Los minerales son importantes en nuestra dieta y de acuerdo a sus propiedades, algunos

pasan a

formar parte de las moléculas estructurales del cuerpo, otros ayudan a las enzimas a hacer

su trabajo


148 de 180 24/08/15 15:19

y algunos más, contribuyen a mantener la salud de dientes, huesos y órganos.

Las sales de los elementos Na, K, Ca, P, S, Cl son denominados macrominerales. Una dieta

que

incluya estos minerales reducirá el riesgo de desarrollar osteoporosis, males cardiacos,

deficiencias

nerviosas, dolores de cabeza, mala memoria, entre otros padecimientos.

A continuación se incluye una tabla con los macrominerales, los alimentos que los contienen

y su

función en el organismo.

Mineral

Na+

Función

Regulación y control de los líquidos

corporales.

K+

Regulación de líquidos corporales y

funciones celulares.

Ca2+

P

S

Cl-

Catión principal de los huesos, aísla los

músculos.

Presente en los lípidos de las células

nerviosas,proporciona la energía para

llevar a cabo las reacciones químicas en

forma de ATP.

Forma parte de las proteínas. Los

compuestos azufrados (mercaptanos y

tioles) son potentes agentes antioxidantes.

Jugo gástrico, regulación de los líquidos

corporales.

Fuente


149 de 180 24/08/15 15:19

Sal, mariscos, carne,

hongos, apio y otras

verduras.

Plátano, jugo de naranja,

leche descremada, ciruelas

pasas y carne.

Leche, queso, mantequilla,

carne y algunos vegetales.

Pescado, mariscos, verduras

y frutas.

Ajo, cebolla, brócoli,

coliflor, col, carne, leche,

huevo.

Sal, mariscos y carne.

105

Autoevaluación

5.3. Una fuente importante de potasio es:

A) leche.

B) pescado. C) tortilla.

D) plátano.

5.4. El raquitismo en niños y la osteoporosis en adultos es debido a una deficiencia en:

A) cloro.

B) magnesio. C) potasio.

D) calcio.

5.1.3. Trazas de minerales: Mn, Fe, I, F, Co y Zn

A las sales de Mn, Fe, I, F, Co y Zn se les denomina minerales traza y están en cantidades

relativamente pequeñas, menos de cinco gramos en un adulto promedio (60 – 70 Kg); no

obstante,

son tan importantes como los macrominerales; por ejemplo, la glándula tiroides necesita una

minúscula cantidad de yodo (millonésimas de gramo) para producir la hormona tiroxina. El

hierro es

importante para la formación de hemoglobina, el manganeso es necesario para la generación

de

colágeno y reforzamiento de huesos; el flúor es necesario para la formación de los dientes y

la

retención del calcio en los huesos, con el cobalto se previene la anemia y el zinc es


150 de 180 24/08/15 15:19

indispensable en

el metabolismo de los aminoácidos.

Autoevaluación

5.5. El elemento importante en el transporte de oxígeno en la sangre es:

A) hierro.

B) manganeso.

C) yodo.

D) cobalto.

5.6.Elemento importante para el buen funcionamiento de la tiroides es el:

A) cobre.

B) selenio.

C) níquel.

D) yodo.

5.7. Las sales de estos elementos son ejemplos de minerales traza:

A) S y Ca

B) Fe y Zn

C) P y Mg

D) Na y K

5.1.4. Vitaminas

Las vitaminas son biomoléculas necesarias en cantidades reducidas para el crecimiento, la

reproducción, la salud y la vida.

Las vitaminas suelen clasificarse en:

a) liposolubles, las que se disuelven en grasas. Ejemplos: vitaminas A, D, E, K y retinol.

b) hidrosolubles, las que se disuelven en agua. Ejemplos: complejo B, ácido fólico, vitamina C

y

ácido pantoténico.

Autoevaluación

5.8. Un ejemplo de vitamina liposoluble es:

A) retinol.

B) cobalamina.

C) niacina.

D) tiamina.

5.9. La vitamina C o ácido ascórbico se encuentra principalmente en:

A) carnes.

B) pollo.

C) cítricos.

D) hígado.


151 de 180 24/08/15 15:19

106

5.2 Fuentes de energía y material estructural

5.2.1. Energéticos de la vida: carbohidratos, estructura y grupos funcionales.

Los carbohidratos son compuestos formados por carbono, hidrógeno y oxígeno. Por su

estructura

química se considera que son polialcoholes que pueden contener el grupo aldehído

(R-CH=O)

llamados aldosas, o el grupo funcional cetona (R1-CO.- R2) llamados cetosas.

Los carbohidratos más simples se llaman monosacáridos, ejemplos de ellos son: glucosa,

fructosa,

ribosa. Cuando dos monosacáridos se unen, forman un disacárido, por ejemplo la sacarosa y

la

lactosa. La unión de muchas moléculas de monosacáridos da origen a polímeros llamados

polisacáridos, por ejemplo, almidón (reserva energética en vegetales), glucógeno (reserva

energética

en animales) y celulosa (estructura de los vegetales).

Los carbohidratos presentan la energía de disposicióninmediata, considerando que un gramo

de

carbohidrato proporciona 4 calorías de energía.

Autoevaluación

5.10. Un ejemplo de monosacárido es:

A) glucosa.

B) lactosa.

C) sacarosa.

5.11. El polímero de reserva energética en los vegetales es:

A) glucógeno.

B) almidón.

C) amilasa.

D) quitina.

D) celulosa.

5.2.2. Almacén de energía: lípidos, estructura y grupos funcionales.

Los lípidos suelen llamarse también grasas y son parte significativa de nuestra dieta. Están

presentes

en la carne, pescado, aves, productos lácteos, granos, semillas, aderezos para ensaladas y

aceites.


152 de 180 24/08/15 15:19

Al igual que los carbohidratos, los lípidos se componen de carbono, hidrógeno y oxígeno,

pero

contienen menos oxígeno que los carbohidratos y mayor energía almacenada. Un gramo de

lípidos

proporciona más del doble de energía que uno de carbohidratos. Son de naturaleza no polar

y por

tanto, insolubles en agua.

La estructura de los lípidos es variable, pero un ejemplo típico, es el resultado de la

condensación de

la glicerina con tres moléculas de ácidos grasos para la obtención de un triglicérido

(esterificación).

Entre los grupos funcionales más característicos de los lípidos se encuentran:

ésteres (R1–CO.O-R2), alcoholes (R –OH), aminas (R-NH2) y amidas (R-CO.NH2)

Autoevaluación

5.12. Un triglicérido es un ejemplo de lípido formado por la condensación de tres moléculas

de

ácido graso y una de:

A) aldehído.

B) acetona.

C) glicerina.

D) anilina.

5.13. Grupo de sustancias que proporcionan por gramo más del doble de energía que los

carbohidratos:

A) lípidos.

B) proteínas.

C) vitaminas.

D) minerales.

107

5.2.3. Proteínas, estructura y grupos funcionales.

Las proteínas son polímeros de aminoácidos constituidospor C, H, O, N y S. Las moléculas

de

proteínas, en comparación con las de carbohidratos y lípidos, son de mucho mayor tamaño.

Poseen

diversos grupos funcionales debido a la variedad de aminoácidos.

Las proteínas cumplen una diversidad de funciones: constituyen la estructura de membranas,

cartílagos y tejido conectivo, transportan el oxígeno en la sangre y músculos, dirigen

reacciones

biológicas en forma de enzimas, defienden al organismo contra infecciones y controlan los


153 de 180 24/08/15 15:19

procesos

metabólicos actuando como hormonas, inclusive pueden utilizarse como fuentes de energía.

Son fuente de proteínas, el pescado, la leche, los huevos, la carne, así como diferentes tipos

de frijol,

garbanzos, soya y arroz.

Autoevaluación

5.14. Una fuente importante de proteínas es:

A) jitomate.

B) aceite.

C) leche.

D) maíz.

5.15. Constituyen la estructura de membranas celulares, cartílagos y tejido conectivo:

A) lípidos.

B) carbohidratos.

C) vitaminas.

D) proteínas.

5.2.4. Requerimientos nutricionales



En general se llaman biomoléculas a los carbohidratos, lípidos, proteínas, vitaminas,

minerales y

agua; para que el organismo pueda tener un buen funcionamiento, es necesario ingerir una

dieta

balanceada, que incluya los seis tipos de biomoléculas mencionadas en las cantidades

adecuadas.

Cuando alguno de estos grupos escasea se presentan enfermedades y diferentes trastornos.

Autoevaluación

5.16. Una dieta balanceada incluye:

A) malteada, papas fritas, hamburguesa y helado.

B) pechuga de pollo, pan, papas, refresco y helado.

C) sopa de verduras, agua, atún con arroz, tortilla y plátano.

D) quesadilla, gordita, pambazo, agua de jamaica y taco.5.3 Conservación de alimentos

5.3.1. Congelación, calor, desecación, salado, ahumado, edulcorado y al alto vacío

Los principales métodos de conservación de alimentos son: congelación, calor, desecación,

salado,

ahumado, edulcorado y al alto vacío. El objetivo fundamental de estos métodos es evitar la

formación de colonias microbianas, en especial la del microorganismo llamado Clostridium


154 de 180 24/08/15 15:19

botulinum.

108

Métodos de conservación de alimentos y sus características.

Método de conservación

Aspecto relevante

Congelación

Se frena el metabolismo bacteriano, con lo cual se evita la

reproducción de las bacterias

Calor

Se destruyen las colonias microbianas debido a la

destrucción de paredes celulares y organelos

Desecación

Se inhibe el desarrollo de microorganismos por la

reducción de los niveles de humedad, característicos tanto

del tipo de microorganismo como la capacidad del alimento

para guardar agua que no está disponible como humedad

libre.

Salado y edulcorado

Se modifica la presión osmótica del medio en que se

encuentran los microorganismos con lo que se provoca el

estallamiento de las membranas celulares y por tanto, la

destrucción de los microorganismos.

Ahumado

Se provoca la evaporación del agua necesaria para el

crecimiento de las colonias microbianas además de

proporcionar un sabor característico a los alimentos

Alto vacío

Se elimina la mayor cantidad de aire con lo cual se evita el

crecimiento de los microorganismos aerobios.

Autoevaluación

5.17. Método de conservación de alimentos mediante el cual se provoca el estallamiento de

las

membranas celulares de los microorganismos debido a la modificación de la presión

osmótica del

medio en que se encuentran.

A) Congelación

B) SaladoC) Ahumado

D) Alto vacío

5.18. Método de conservación de alimentos mediante el cual se destruyen paredes celulares


155 de 180 24/08/15 15:19

y

organelos de los microorganismos.

A) Congelación

B) Salado

C) Ahumado

D) Calor

5.3.2. Aditivos y conservadores

Los aditivos son sustancias que se agregan durante el procesamiento de los alimentos para

aumentar

el valor nutritivo, el atractivo visual o la facilidad de producción. Entre ellos se encuentran:

aglutinantes, blanqueadores, agentes colorantes, emulsificantes, agentes saborizantes,

humectantes,

leudantes (fermentadores de harinas y de masa) y edulcorantes.

Los conservadores son sustancias que se adicionan a los alimentos para aumentar su tiempo

de vida

media y de almacenamiento. Entre ellos se encuentran: agentes antioxidantes, antimicóticos

y

bactericidas.

Autoevaluación

5.19. Ejemplo de aditivo de alimentos es un:

A) bactericida.

B) oxidante.

C) antioxidante.

5.20Ejemplo de conservador de alimentos es un:

A) aglutinante.

B) blanqueador.

C) saborizante.

D) colorante.

D) antimicótico.

109

5.3.4. Cuidemos los alimentos

En la actualidad se está abriendo un nuevo campo de estudio con respecto a los alimentos,

dicho

campo es la biotecnología. Con la biotecnología actualmente se utilizan técnicas de

modificación del


156 de 180 24/08/15 15:19

material genético tanto de vegetales como de animales, con la intención de obtener carne,

pescado y

legumbres de mejor calidad. Esto da paso a que la demanda de alimentos en la mayoría de

los países

industrializados esté saneada. Sin embargo, con el empleo de todas estas técnicas se va

disminuyendo en algunos casos el valor nutritivo de algunos alimentos así como su aspecto

físico.

De hecho los pollos y carne que actualmente se consumen enlas grandes ciudades contienen

hormonas de crecimiento, las verduras y frutas no se pudren rápidamente debido a las

técnicas

biotecnológicas, sin embargo, el sabor no es bueno.

Por otra parte, hay que considerar las grandes cantidades de alimentos que se desperdician

por falta

de métodos de conservación adecuados y de cultura para consumirlos adecuadamente y

falta de

políticas y legislación para prevenir esto.

Lo anterior nos pone a reflexionar acerca del cuidado que debemos de tener con los

alimentos,

creando métodos que nos ayuden a conservarlos sin que se pierdan sus propiedades y

generen

efectos mutagénicos.

RESPUESTAS

5.1 C) niños

5.2 A) grasas.

5.3 D) plátano.

5.4 D) calcio.

5.5 A) hierro.

5.6 D) yodo.

5.7 B) Fe y Se

5.8 A) retinol.

5.9 C) cítricos.

5.10 A) glucosa.

5.11 B) almidón.

5.12 C) glicerina.

5.13 A) lípidos.

5.14 C) leche.

5.15 D) proteínas.

5.16 C) sopa de verduras, agua, atún con arroz, tortilla y plátano

5.17 B) Salado

5.18 D) Calor


157 de 180 24/08/15 15:19

5.19 D) colorante.

5.20 D) antimicótico.

Bibliografía

Adrian, J. ( 1990). La ciencia de los alimentos. Acribia, España.

Badui, S. (1997). Diccionario de tecnología de alimentos. Alambra, México.

Chang, R. (2002). Química. Mc Graw Hill, Colombia.

Fachmann, W. (1989). Food composition and nutrition tables. Speyer, Germany.

110

Tabla periódica de los elementos

Grupo

1

2

I

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

H

1.0079


158 de 180 24/08/15 15:19

12

II

Z = número atómico

A= masa atómica

13

14

15

16

17

18

III

IV

V

VI

VII

VIII

Periodo

1

2

3

4

5

6

7


159 de 180 24/08/15 15:19

La 150.36

Lantánidos

La 150.36

La 150.36

Actínidos

La 150.3

1

2

H

He

1.0079

3

Li

6.941

11

Na

22.99019

K

4.0026

4

5

Be

B

9.0122


160 de 180 24/08/15 15:19

10.811

12

13

Mg

Al

24.305

20

Ca

26.982

21

Sc

22

23

Ti

V

24

Cr

25

Mn

26

Fe


161 de 180 24/08/15 15:19

27

Co

28

Ni

29

Cu

30

Zn

31

Ga

6

C

7

N

8

O

12.011

14.007

15.999

14


162 de 180 24/08/15 15:19

15

16

28.086

30.974

32.065

Si

32

Ge

P

33

As

S

34

Se

9

F

18.998

17

Cl

35.453

35

Br


163 de 180 24/08/15 15:19

39.098

40.078

44.956

47.867

50.942

51.996

54.938

55.845

58.933

58.693

63.546

65.38

69.723

72.64

74.922

78.96

79.904

37

38

39


164 de 180 24/08/15 15:19

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

87.62

88.906

127.60

126.90

Rb

85.468


165 de 180 24/08/15 15:19

55

Cs

132.91

87

Fr

-

0.36*

**

Sr

56

Ba

137.33

88

Ra

-

Y

57-71

*

89-103

**

Zr

91.224

72


166 de 180 24/08/15 15:19

Hf

178.49

104

Rf

-

57

La

138.91

89

Ac

-

Nb

92.906

73

Ta

Mo

95.96

74

W

180.95

183.84

105

106


167 de 180 24/08/15 15:19

-

-

Db

58

Ce

140.12

90

Th

232.04

Sg

59

Pr

Tc

-

75

Re

186.21

107

Bh

-

60

Nd


168 de 180 24/08/15 15:19

140.91

144.24

91

92

231.04

238.03

Pa

U

Ru

101.07

76

Os

190.23

108

Hs

-

61

Pm

-

93

Np

-

Rh


169 de 180 24/08/15 15:19

102.91

77

Ir

Pd

106.42

78

Pt

192.22

195.08

109

107.87

79

Au

112.41

80

Hg

62

Sm

150.36

94

Pu

-

200.59


170 de 180 24/08/15 15:19

In

114.82

81

Tl

204.38

Sn

118.71

82

Pb

207.2

Sb

121.76

83

Bi

208.98

Te

84

Po

-

I

85

At

-


171 de 180 24/08/15 15:19

18

Ar

39.948

36

Kr

83.798

54

Xe

131.29

86

Rn

-

Mt

196.97

Cd20.180

110

-

Ag

10

Ne

-


172 de 180 24/08/15 15:19

Ds

63

Eu

151.96

95

Am

-

64

Gd

157.25

96

Cm

-

65

Tb

158.93

97

Bk

-

66

Dy

162.50

98

Cf


173 de 180 24/08/15 15:19

-

67

Ho

164.93

99

Es

-

68

Er

167.26

100

Fm

-

69

Tm

168.93

101

Md

-

70

Yb

71

Lu


174 de 180 24/08/15 15:19

173.05

174.97

102

103

-

-

No

Lr

111

2.20

H

Tabla de electronegatividad

Grupo

1

I

2

II

3

4

5

6

7


175 de 180 24/08/15 15:19

8

9

10

11

12

13

III

14

IV

Electronegatividad

Símbolo

15

V

16

VI

17

VII

18

VIII

Período

1

2

3

4

5

6

7


176 de 180 24/08/15 15:19

2.20

H

0.98

Li

0.93

Na

He

1.57

Be

1.31

Mg

1.00

0.82

1.36 1.54 1.63 1.66

Ca

K

Sc

Ti

V

Cr

0.82

Rb

0.79

Cs

0.70

Fr

0.95 1.22 1.33 1.60 2.16

Sr

Y

Zr Nb Mo

0.89

1.30 1.50 2.36

*

Ba

Hf Ta W

0.89


177 de 180 24/08/15 15:19

**

Ra

Rf Db Sg

Lantánidos *

Actínidos **

112

1.1

La

1.10

Ac

1.12 1.13

Ce Pr

1.30 1.50

Th Pa

2.04 2.55 3.04 3.44 3.98

B

C

N

O

F Ne

1.61 1.90 2.19 2.58 3.16

Al Si

P

S

Cl Ar

1.55 1.83 1.88 1.91 1.90 1.65 1.81 2.01 2.18 2.55 2.96

Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As

Se Br Kr

1.90

Tc

1.90

Re

2.20

Ru

2.20


178 de 180 24/08/15 15:19

Os

2.28 2.20 1.93 1.69

Rh Pd Ag Cd

2.20 2.28 2.54 2.00

Ir

Pt

Au Hg

Bh

Hs

Mt

1.14

Nd

1.38

U

1.13

Pm

1.36

Np

1.78

In

2.04

Tl

1.96 2.05 2.10 2.66

Sn Sb

Te

I Xe

2.33 2.02 2.00 2.20

Pb Bi

Po At Rn

Ds


179 de 180 24/08/15 15:19

1.17 1.20 1.20 1.20

Sm Eu Gd Tb

1.28 1.30 1.30 1.30

Pu Am Cm Bk

1.22 1.23 1.24 1.25 1.10 1.27

Dy Ho Er Tm Yb Lu

1.30 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30

Cf Es Fm Md No Lr

113


180 de 180 24/08/15 15:19

quÍmica iii autores

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