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SECRETARÍA DE EDUCACIÓN DEL GOBIERNO DE JALISCO

DIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN PERMANENTE

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN COMUNITARIA

BACHILLERATO DE EDUCACIÓN PARA ADULTOS

I

INTRODUCCIÓN

I. FUNDAMENTOS 1. Definición

2. La química y sus ramas 3. La química y su relación con otras ciencias 4. Mezclas y compuestos

II. LOS ÁTOMOS Y SU ESTRUCTURA 1. Teoría y modelos atómicos

2. Teoría de Dalton 3. Modelo de Thomson 4. Modelo de Rutherford 5. Modelo de Bohr 6. Número y masa de los átomos 7. Los isótopos

III. ELEMENTOS Y TABLA PERIÓDICA 1. La tabla periódica

2. Metales 3. No metales 4. Metaloides 5. Gases nobles

ÍÍNDICE

IV. ENLACES 1. Enlace químico

2. Regla de octeto 3. Enlace iónico 4. Enlace covalente 5. Estructura de Lewis

V. ESTEQUIOMETRÍA 1. Reacción química

2. Masa molecular 3. Contaminación del aire 4. Contaminación del agua

VI. MACROMOLÉCULAS 1. Importancia de las macromoléculas naturales

2. Macromoléculas sintéticas

BIBLIOGRAFÍA

La química, como tal, es una ciencia relativamente reciente. En épocas muy antiguas se desarrollaban ciertos procesos químicos sin tener plena conciencia de lo que se hacía.…………………. Para citar solo algunos casos, podemos citar al fuego que fue utilizado por primera vez por el hombre prehistórico para cocinar sus alimentos y para desinfectar heridas. Aunque seguramente el hombre prehistórico no tenía idea de los procesos químicos envueltos en esas actividades, sí pudo apreciar sus efectos. En un principio, fue necesario utilizar armas para cazar sus alimentos. Pero, las armas estaban elaboradas con materiales, tal como el hierro, que son poco resistentes a ciertas reacciones químicas (como la oxidación), por lo que se dañaban con mucha rapidez. La química logró mejorar enormemente este material gracias a otro proceso químico en el cual se utilizó una mezcla que incluían al hierro y al carbón para conformar una aleación mucho más resistente: el acero. Más adelante, se aprovecharon los procesos y las reacciones químicas para producir materiales como vidrio, jabón, medicamentos, perfumes, cosméticos tintes, vinos, y muchos otros. La elaboración de cada uno de estos materiales siempre traía implícita la ejecución de algún proceso de naturaleza química. Entre los pensadores que dieron algún aporte que permitieron el surgimiento de la química como una ciencia podemos contar a Aristóteles, Tales de Mileto, Heráclito, Leucipo, Demócrito, y muchos otros. Lo importante es que por pequeños que hayan podido ser sus aportes, estos lograron que la química diera un paso adelante hacia su consolidación como ciencia. Un fenómeno en la historia que fue fundamental para llegar a lo que hoy conocemos como ciencia química, fue el surgimiento de la alquimia. Se piensa que la alquimia probablemente surgió en el siglo I, estando geográficamente ubicado en China, Grecia y la India, y alcanzando su máximo desarrollo en la edad

IINTRODUCCIÓN

BEA. Bachillerato de Educación para Adultos

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media. Los alquimistas desarrollaron cientos de experimentos químicos en la búsqueda de la conversión del plomo en oro. Crear una sustancia capaz de lograr esta conversión involucró solo fracasos para los alquimistas, pero se consiguieron muchas sustancias químicas útiles que son de uso común aún hoy día. Algunos de los procedimientos químicos desarrollados por los alquimistas fueron las técnicas de destilación, la cristalización, la sublimación, la metalurgia y la calcinación. Los alquimistas se vieron limitados por la poca cantidad de procedimientos químicos existente, por lo que se vieron forzados a inventar dispositivos químicos como el alambique (muy útil para la destilación), el "baño de maría" (que permite calentar un material sin sobrepasar los 100º centígrados) y el agua regia (que consistía en una mezcla de ácidos). Al observar la utilización de todos estos elementos por los alquimistas se hace razonable aceptar que ellos fueron los verdaderos predecesores de la ciencia química. Actualmente, se considera como padre de la química moderna a Antoine Lavosier, quien sostuvo la rigurosidad del método cuantitativo, destruyó la antigua teoría del flogisto (la cual trataba de explicar porque ardían los materiales) y propuso la Ley de Conservación de la Materia. La edad de oro de la química se presentó en el siglo veinte. La química se amplió en ese siglo de tal manera que fue preciso dividirla en varias ramas. A pesar de esto, se hace necesario entender la química desde varios puntos de vista, ya que está íntimamente relacionada con otras ciencias como la física, la medicina, la ingeniería y otras.

Química I

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Definición

Desde los cursos del nivel secundaria se nos plantea que la química la localizamos en todos lugares, lo cual es correcto. E igualmente la química contribuye con los avances que facilitan la vida a las personas en distintas áreas del conocimiento, como el caso de la medicina, los alimentos, el transporte, etc. Sin embargo, y desde los últimos decenios del siglo pasado, las consecuencias por los avances en la química han dejado un mal sabor de boca sobre todo en el aspecto ambiental. Por ejemplo, al quemar un combustible se efectúa una reacción química que es utilizada en el transporte, la electricidad, o para procesos de calefacción; surgiendo el problema con los productos secundarios que se liberan a la atmósfera, creando complicaciones conocidas por todos nosotros. Pero a pesar de la generación de algunas situaciones desagradables, que ya son tratadas con el fin de disminuirlas o erradicarlas, tenemos la firme certeza de que esta ciencia ayuda a mejorar la calidad de vida

“La química es la ciencia que abarca el conocimiento de todo el universo, en cuanto a su constitución, composición, propiedades y transformaciones. Gracias a ella los humanos con su ingenio han logrado desarrollar diferentes productos útiles en nuestra vida diaria; con el transcurso de los años han mejorado, gracias a los procesos químicos, que han permitido el desarrollo y crecimiento de la tecnología” (Hernández Altamirano, 2011).

FUNDAMENTOS


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La Química es entonces, la ciencia que estudia la composición, propiedades, estructura, así como la transformación de la materia, además de las leyes que rigen esos cambios. La materia se entiende como todo aquello que nos rodea, que ocupa espacio y que presenta características medibles (masa, superficie, volumen, densidad).

La materia se modifica en función del fenómeno que sobre ella ocurra, por ejemplo se presenta un cambio químico cuando existe una transformación parcial o total de los componentes que integran una sustancia, un alimento o un objeto, es decir, cuando se produce un cambio que altera los componentes de la materia; en cambio se presenta un cambio físico si la materia en cuestión no sufre alteración alguna en sus componentes a pesar de que su forma se fragmente o cambie de tamaño o posición. La química se considera ciencia en función de que sigue una serie de pasos ordenados y estructurados acordes al método científico (observación, hipótesis, experimentación, comprobación y establecimiento de leyes y teorías La Química y sus ramas

La química ha logrado abarcar un campo de estudio tan extenso que ha sido necesario realizar una serie de subdivisiones que también son conocidas como ramas y que cada una se especializa en un ámbito en particular que cuenta con características propias. Para su estudio, tales ramas o subdivisiones se agrupan de la siguiente forma:

Química I

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Química Orgánica Estudia los compuestos en donde se presente el carbono, entre los que se encuentran: medicamentos, plásticos, vitaminas, hidratos de carbono, proteínas, etc. que están formados por moléculas orgánicas. Química Inorgánica Estudia elementos y compuestos que no son orgánicos cuyos ejemplos podemos citar: óxidos, anhídridos, hidróxidos, sales, etc. Química Analítica Presenta dos subdivisiones: análisis cualitativo y cuantitativo. El cualitativo identifica los componentes de una sustancia y el cuantitativo las cantidades de dicha sustancia. Química Física Estudia las velocidades de las reacciones, los mecanismos de estas y qué es lo que provoca una reacción así como la energía de la misma. Bioquímica Estudia las sustancias presentes en los organismos vivos y las reacciones químicas en las que se basan los procesos vitales. Existen otros campos especializados de la química, de igual importancia pero que se concretizan en la realización de una actividad bien definida; nos referimos a: la ingeniería química, la metalurgia, la petroquímica, la química nuclear.

QUÍMICA

ORGÁNICA

INORGÁNICA

ANALÍTICA

FISICOQUÍMICA

BIOQUÍMICA


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La Química y su relación con otras ciencias

En más de una ocasión nos hemos visto en la necesidad de cubrir algunas satisfacciones, como por ejemplo la carencia de salud, la búsqueda de algún alimento especial, o la necesidad de saber en donde se localiza algún lugar; entonces para lograr lo anterior, nos apoyamos en algunas áreas del conocimiento que nos facilitan la búsqueda y localización de la determinada satisfacción. La química se relaciona con diferentes ciencias como la física, la astronomía, la biología, entre otras. Gracias a esta interrelación es posible explicar y comprender los complejos fenómenos de la naturaleza. Como ya se ha señalado la química se encuentra en todas partes, siendo otro ejemplo la relación que guarda con otras ciencias, de tal manera que al hablar de otras actividades científicas o tecnológicas, no podemos prescindir de la química en virtud de que se encuentra estrechamente ligada a otros campos como lo muestra el siguiente esquema. Finalmente hemos de agregar que la química requiere el apoyo de estas ciencias, con las cuales además de interrelacionarse, constituye un conocimiento integral, con el cual refuerzan la investigación en dichos ámbitos cognoscitivos.

QUÍMICA

AGRICULTURA

ASTRONOMÍA

OCEONOGRAFÍA

ARQUEOLOGÍA GEOGRAFÍA

BIOLOGÍA

MEDICINA

FÍSICA

Química I

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Mezclas y Complementos

Todo lo que nos rodea está constituido de materia y esta se encuentra conformada por distintas sustancias que pueden ser: Sustancias puras y Mezclas. Una mezcla es la unión de dos o más sustancias cuyos componentes se unen por medios físicos; y a su vez, se clasifican en dos tipos: Homogéneas y Heterogéneas, las primeras presentan una apariencia uniforme, por lo que sus componentes no se observan a simple vista; por lo que respecta a las segundas, su apariencia NO es uniforme por lo que podemos observar sus componentes a simple vista. Las Sustancias Puras también se conocen como Compuestos, que se encuentran formados por dos o más elementos unidos a través de procesos químicos, en proporciones definidas y constantes de lo cual se forman las moléculas; y estas últimas son las partículas más pequeñas de un compuesto que existe y conserva las propiedades específicas del mismo. Al hablar de elementos nos referimos a las sustancias fundamentales con las que se construyen todos los materiales, es una sustancia pura que no se puede descomponer en otra más sencilla, y lo ejemplificamos al mencionar al Mercurio, la Plata, el Oro, El Carbono, el Sodio, el Hidrógeno, el Oxígeno, etc. cuya representación es un símbolo. Los elementos a su vez están conformados por átomos, que son las partículas fundamentales más pequeñas que conservan las propiedades de un elemento. Las siguientes definiciones esclarecen un poco más los conceptos antes señalados.

SON SUSTANCIAS PURAS, FORMADAS

POR UNO O MÁS ELEMENTOS QUE SE COMBINAN ENTRE

SÍ EN PROPORCIONES

FIJAS

ES UNA SUSTANCIA

SIMPLEQUE NO SE PUEDE

DESCOMPONER EN OTRO TIPO DE SUSTANCIA MÁS SENCILLA

COMPUESTOS ELEMENTO


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ES LA UNIDAD FUNDAMENTAL DE LA MATERIA, QUE CONSERVA

LAS PROPIEDADES QUÍMICAS DEL ELEMENTO DEL

CUAL PROVIENE

PARTÍCULA MÁS PEQUEÑA DE LA MATERIA QUE

PUEDE EXISTIR Y CONSERVAR LAS

PROPIEDADES DE LA SUSTANCIA DE LA CUAL FORMA

PARTE

ÁTOMO MOLÉCULA

LOS TIPOS DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS HETEROGÉNEAS

La mezcla homogénea es toda igual

Tiene composición y apariencia uniforme

Algunos de sus ejemplos son: refresco, agua salada, suspensiones, etc.

Sus propiedades no son uniformes

La composición de sus partes difieren entre sí

Algunos de sus ejemplos son: ensalada, pastel de fruta, aceite con agua, etc.

Química I

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Por otra parte, las mezclas también se pueden clasificar por su estado de agregación, es decir, sólidas, líquidas y gaseosas. Existen mezclas en estados intermedios las cuales constituyen los estados de dispersión. El siguiente esquema muestra algunos ejemplos de los tipos de mezclas por estado de agregación: SÓLIDAS: Arena, Pólvora, Acero, Bronce, Papel, Granito, Etc. MEZCLAS LÍQUIDAS: Café con leche, Vino tinto, Agua de mar, Refresco, Etc. GASEOSAS: Metano, Aire, Vapor, Butano, Dióxido de carbono, Etc. Una vez conformada una mezcla, existen algunos métodos para separarla, señalando de antemano que algunos procesos requieren de aparatos y recursos especiales o sofisticados sin los cuales sería imposible realizar alguna determinada separación. Entre los métodos más comunes para la separación de mezclas se pueden enunciar: LA FILTRACIÓN. Nos permite separar un sólido insoluble (grano muy pequeño) de un líquido. En este proceso se utiliza una membrana porosa de filtración que solo deja pasar al líquido y retiene las partículas sólidas.


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LA EVAPORACIÓN. Es un proceso por el que se separa un sólido disuelto en un líquido y aplicando alta temperatura el líquido hierve y se convierte en vapor quedando el sólido como residuo en forma de polvo. El líquido se puede recuperar o evaporarse en el ambiente. LA DESTILACIÓN. Este método permite separar mezclas de líquidos miscibles (que se pueden mezclar), aprovechando sus diferentes puntos de ebullición. En este proceso se incluyen evaporaciones y condensaciones sucesivas. LA SUBLIMACIÓN. Esta se emplea para la separación de sólidos aprovechando que uno de ellos es sublimable, pasando del estado sólido al líquido al suministrarle alta temperatura. LA IMANTACIÓN. En la aplicación de este método se aprovecha la propiedad de alguno de los componentes de la mezcla para ser atraído por un imán o un campo magnético. LA CENTRIFUGACIÓN. Con el presente método se puede separar un sólido (grano muy fino y de difícil sedimentación), de un líquido. El proceso se efectúa en un aparato denominado centrífuga que realiza un movimiento de traslación acelerado y que al aumentar la fuerza gravitacional provoca la sedimentación del sólido y de otras partículas. LA DECANTACIÓN. Se emplea para separar un sólido, de grano grueso e insoluble, de un líquido. Una vez que se ha sedimentado el sólido se vierte el líquido. El método también se aplica a dos líquidos no miscibles y de diferente densidad. LA CRISTALIZACIÓN. Consiste en provocar la separación de un sólido que se encuentra disuelto en una solución; el sólido queda como cristal y el proceso involucra cambios de temperatura, agitación, eliminación del solvente.

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Ejercicio 1. En la siguiente lista de enunciados coloca una X al final del mismo si es que tiene relación con la química:

a) Observar detenidamente las ondas que produce el aire de un ventilador _______

b) Seleccionar un jabón que se adecúe a nuestro tipo de piel ________

c) Seleccionar el tipo de calzado que debemos usar para una reunión ________

d) Cargar siempre un anti-inflamatorio, solo por prevención ________

e) Indagar por qué debemos pintar las puertas de metal ________

f) Identificar las ventajas de cocinar con carbón y no con leña ________

g) Ventilar las habitaciones con frecuencia en tiempo de invierno ________


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Ejercicio 2. Completa la tabla con sustancias que son nocivas y benéficas, y que las podemos tener en nuestro entorno, especificando en qué perjudican y en qué benefician:

SUSTANCIA NOCIVA

EN QUE PERJUDICA

SUSTANCIA BENÉFICA

EN QUÉ NOS BENEFICIA

1.- 1.-

2.- 2.-

3..- 3.-

4..- 4.-

5.- 5.-

Ejercicio 3. De los siguientes ejemplos señale: con una “E” los que sean elementos, con una “C” los que sean compuestos, con la palabra “MOL” las que sean mezclas homogéneas y con “MH” las que sean mezclas heterogéneas: Plata Carbón Salsa Dulce Tejuino Agua con aceite Ensalada Refresco Vino Tinto Mayonesa Agua de Mar Petróleo Aluminio Oro Agua Natural Jabón Desodorante Aspirina Gasolina

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Ejercicio 4. Coloca la derecha de cada ejemplo si se trata de un cambio químico o de un cambio físico:

Cristal Quebrado Agua Hirviendo Quemar una llanta Oxidación del hierro Fundir el Oro Cocción de un huevo Aserrado de la Madera Digestión de los alimentos Congelación del agua Combustión de la gasolina Hielo derretido La Respiración


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Teoría y Modelos Atómicos

El estudio de la estructura atómica ha presentado una serie de evoluciones a lo largo de la historia; las citas son muchas y muy variadas, aunque destacan por su importancia, en un inicio, las teorías de Leucipo y Demócrito (siendo este último el más controversial), que son las que guardan mayor relación con el estudio histórico de la teoría atómica, y con la química en sí. Es a Demócrito a quien se le atribuye la mención de la primera teoría atómica en virtud de haber señalado que “toda la materia estaba conformada por partículas diminutas e indivisibles llamadas átomos”. Cabe señalar que otro pensador griego llamado Empédocles hizo mención de la materia en otro orden de ideas, a saber, él señalaba que la materia se componía de cuatro sustancias básicas las cuales eran: agua, aire, tierra y fuego, y demás dicha postura fue apoyada por uno de los grandes filósofos griegos: Aristóteles. Así, transcurrieron casi dos mil años para que surgieran otras inquietudes acerca de una teoría estructural, siendo hasta el siglo XVII, que la atención se enfoca nuevamente hacia ellas. Dentro de los estudios realizados se mencionan algunos científicos cuyas aportaciones revolucionaron el campo en cuestión, hacemos referencia entonces de John Dalton, Thomson, Rutherfor y Niels Bohr.

Teoría de Dalton

John Dalton, Científico inglés, es considerado el primero en desarrollar la teoría moderna de los átomos, a los cuales consideró las partículas más pequeñas de los elementos químicos.

ÁÁTOMOS

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John Dalton

Estableció una relación de los conceptos de elemento químico y átomo, basándose como punto de partida en algunas evidencias experimentales como lo fueron: La ley de la conservación de la masa de Lavoisier y La ley de las proporciones constantes de Proust. Para dar mayor esclarecimiento a dichas leyes propuso una teoría que se resume en los siguientes postulados:

1. Los elementos están compuestos de pequeñas partículas separadas llamadas átomos.

2. Los átomos son partículas indivisibles e indestructibles.

3. Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos en su masa y tienen

las mismas propiedades químicas y físicas, pero diferentes a los átomos de otros elementos.

4. Cuando los átomos de los elementos se combinan para formar moléculas de compuestos, lo hacen en simples proporciones de números enteros.

5. Los átomos de diferentes elementos pueden unirse en diferentes proporciones para formar más de un compuesto.


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Modelo de Thomson

Transcurrido algún tiempo de la publicación de la anterior teoría se efectuaron estudios más precisos en los que se determinó que el átomo no es la única partícula de la materia sino que existen otras partículas subatómicas como el electrón, el protón y el neutrón.

A finales del siglo XIX, el físico británico, J. J. Thomson desarrolló una serie de experimentos en los que se evidenció la existencia de rayos catódicos, los cuales pusieron de manifiesto la presencia de electrones, que son corpúsculos con carga negativa y que se encuentran en todos los átomos. Cuando el electrón es considerado como una partícula fundamental de la materia y que se localiza en todos los átomos, los científicos de la época especularon durante varios años en lo referente a la incorporación de los electrones en el átomo, es decir, cómo era el átomo físicamente hablando.

J.J. Thomson El modelo de Thomson fue punta de lanza en explicar cómo se encontraban estas partículas. Sugirió un modelo en el cual la carga positiva, semejaba una nube difusa, en la que los electrones estaban suspendidos en esta nube, que se asemejaba a un cuerpo circular gelatinoso con los electrones incrustados en ella. A este modelo también se le nombró como “El budín de pasas” por su semejanza a este postre.

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Modelo de Rutherford Rutherford, fue un científico Neozelandés nacido en el año de 1871. Después de graduarse en física trabajó investigando al electromagnetismo, actividad por la cual se hizo acreedor a una beca en Inglaterra, lugar donde se encontró con J. J. Thomson, más concretamente en los laboratorios de Cavendish para el año 1895. Ya establecido en Cambridge continuó con la línea de investigación de entonces, orientada a los rayos X, así como la de los estudios de Henry Bequerel acerca de la conducción eléctrica de algunos gases. A finales de siglo, por sus estudios comprobó que los rayos X y la radiactividad presentaban efectos similares sobre los gases, de lo que encontró que la radiactividad se manifestaba en dos tipos: rayos Alfa y rayos Betta. Mientras que los rayos Alfa eran rechazados por una laminilla delgada de aluminio, los rayos Betta eran tan penetrantes como los rayos X. Posteriormente descubrieron otro tipo de radiación mucho más penetrante que las mencionadas anteriormente a los cuales se les llamó rayos Gamma. Estos últimos son capaces de penetrar láminas gruesas de metal, por lo que se advirtió de su peligrosidad debido a que su radiación electromagnética es de mayor energía que los rayos X. En 1908 Rutherford recibió el premio Nobel de Química por sus trabajos realizados en los rayos Alfa, mencionando que dichos rayos no eran más que iones de Helio, hipótesis de la que estuvieron de acuerdo algunos científicos que también recibieron premio Nobel. Rutherford


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A Rutherford se le considera como el primero en dar una estructura para el átomo, puesto que se le reconoce por haber descubierto el núcleo atómico, el cual decía estaba formado por un pequeño núcleo y una periferia. El modelo atómico de Rutherford se puede resumir en tres postulados:

1. La mayor parte de la masa y toda la carga positiva de un átomo está centrada en una región muy pequeña, llamada núcleo .La mayor parte del átomo es un espacio vacío.

2. La magnitud de la carga positiva es diferente para los distintos átomos y es

aproximadamente la mitad de la masa atómica del elemento.

3. Fuera del núcleo existen tantos electrones como unidades de carga positiva hay en el núcleo. El átomo en su conjunto es eléctricamente neutro.

Modelo de Bohr Niels Bohr, físico nacido en Dinamarca, en el año de 1885 que realizo fundamentales aportaciones para la comprensión de la estructura del átomo y la mecánica cuántica. En 1916, Bohr comenzó a ejercer de profesor en la Universidad de Copenhague, accediendo en 1920 a la dirección del recientemente creado Instituto de Física Teórica.

En 1943, con la 2ª Guerra Mundial plenamente iniciada, Bohr escapó a Suecia para evitar su arresto por parte de la policía alemana, viajando posteriormente a Londres. Una vez a salvo, apoyó los intentos anglo-americanos para desarrollar armas atómicas, en la creencia errónea de que la bomba alemana era inminente, y trabajó en Los Álamos, Nuevo México (EE. UU.) en el Proyecto Manhattan.

Basándose en las teorías de Rutherford, publicó su modelo atómico en 1913, introduciendo la teoría de las órbitas cuantificadas, que en la teoría mecánica cuántica consiste en las características que, en torno al núcleo atómico, el número de electrones en cada órbita aumenta desde el interior hacia el exterior.

En 1922 recibió el Premio Nobel de Física por sus trabajos sobre la estructura atómica y la radiación. Numerosos físicos, basándose en este principio, concluyeron que la luz presentaba una dualidad onda-partícula mostrando propiedades mutuamente excluyentes según el caso.

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Niels Bohr El modelo atómico de Bohr considera:

1. Que los electrones en un átomo se mueven en regiones específicas a ciertas distancias del núcleo, llamados niveles de energía, los cuales tienen un valor de energía cuan-tizado.

2. Bohr le asignó un número entero a cada nivel de energía y lo representó

como “n”.

3. Al moverse el electrón en cierto nivel de energía, este no gana ni pierde energía; tales niveles de energía son llamados estados estacionarios del átomo.

Número y Masa de los Átomos

Las conclusiones a las que se pueden llegar, a partir de todas las aportaciones de los científicos antes mencionados, es que el átomo se encuentra conformado por un núcleo y una periferia, en el núcleo se localizan los protones y los neutrones; se considera además que ambas partículas representan prácticamente la totalidad de la masa del átomo. En la periferia se localizan los electrones (electrón es una palabra de origen griego que significa ámbar, y que a su vez es una resina natural de algunas cortezas de los árboles).


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CARACTERÍSTICAS DE LAS PARTÍCULAS DEL ÁTOMO

Nombre

Masa en gramos Uma Carga eléctrica

Protón

1.67265 X 10-24 1 + 1

Neutrón 1.67495 X 10-24 1 0

Electrón 9.1091 X 10-28 1/1837 -1

DISTRIBUCIÓN ELECTRÓNICA EN EL ÁTOMO Una vez que los estudios realizados al átomo arrojaron que los electrones se encuentran girando alrededor de un núcleo, los científicos se plantearon encontrar la cantidad de electrones que giran en torno a estos; y ello se llevó a cabo en función de los enlaces atómicos que se realizaban entre los distintos elementos, lo que definió entonces la cantidad y la disposición para ceder o compartir electrones de la última órbita. En primera instancia se aceptó identificar al átomo de la siguiente forma:

El modelo anterior nos muestra que existe una determinada cantidad de electrones en las diferentes capas que un átomo puede presentar, dependiendo del elemento que se trate. Así se ha hecho mención de que hay solamente siete niveles de energía en los que giran los electrones en número distinto; para ser más claros mostramos la siguiente tabla:

Química I

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Numero de órbita o capa Letra de identidad Número de electrones 1 L 2

2 M 8

3 N 18

4 O 32

5 P 32

6 Q 18

7 R 8

Para representar el átomo de Sodio, basados en la anterior tabla, procedemos como sigue:

Nombre: símbolo: No. De Electrones: Representación: (Num. Atómico) letra L

Sodio Na 11 Núcleo 2 8 1 letra M

Letra N 2 + 8 + 1 = 11 Para proceder a la realización de las anteriores representaciones se deben respetar una serie de lineamientos establecidos en virtud de coincidir con el periodo y el grupo al que pertenece el elemento a representar en la Tabla periódica de los elementos químicos, a saber: 1.- La primera órbita puede tener de 1 a 2 electrones solamente, no rebasará esta última cantidad. 2.- La segunda órbita puede tener de 1 a 8 electrones, pero no rebasar esta última cantidad. 3.- La tercera órbita puede tener de 1 a 8 electrones, y de ser necesario colocar 18, pero no una cantidad que esté entre 8 y 18, ni mayor a esta última cifra. 4.- La cuarta órbita puede tener de 1 a 8 electrones, también 18 o 32 electrones según sea el caso, pero no se colocará ninguna cantidad que esté entre 8 y 18 ni tampoco alguna cantidad que esté entre 18 y 32. 5.- Cabe señalar que en la última órbita, independientemente del átomo que se trate, no podrá tener más de 8 electrones.


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6.- Como dato de igual importancia, se menciona que es necesario llenar lo más pronto posible cada una de las órbitas, con el propósito de acumular los electrones y distribuirlos adecuadamente. Ejemplos: Realice la representación grafica de los electrones que tiene un átomo de plata: 1.- Ubicamos en la tabla periódica de los elementos químicos la localización de la plata:

Símbolo: Ag 2.- Observamos el número atómico de la plata: (número entero que colocado en la parte superior izquierda o derecha de la tabla) N.A.= 47 3.- Como el número atómico indica la cantidad de electrones procedemos de la siguiente forma: Elemento: Símbolo: Número de Representación Electrones

Plata Ag 47 2 8 18 18 1 1 + 8 + 18 + 18 + 1 = 47

Es válido repetir 18 Realice la representación gráfica del yodo: 1.- Ubicamos en la tabla periódica al yodo:

Símbolo: I 2.- Observamos el número atómico del yodo (Número entero de la parte superior derecha o izquierda):

N.A. = 53 3.- El número atómico indica la cantidad de electrones, y se realiza lo siguiente: Elemento Símbolo Número de Representación Electrones Yodo I 53

2 8 18 18 7

Química I

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EJERCICIOS CON LOS CORPÚSCULOS ATÓMICOS. (RESUELTOS) Para poder determinar la cantidad de electrones, protones y neutrones de algún átomo, considerando únicamente la masa atómica y el número atómico, se procede de la siguiente forma: I.- Si el elemento Cromo (Cr), presenta como número atómico 24, y su masa atómica es de 52, ¿Qué cantidad de neutrones, protones y electrones tiene? 1.- Como el número atómico indica la cantidad de protones y electrones, entonces Protones = 24 Electrones = 24 2.- La masa atómica es igual al número de neutrones más el número de protones Despejando: Neutrones = masa __ Número de Atómica protones 52 - 24 = 28 Neutrones Respuesta: Neutrones = 28 Protones = 24 Electrones = 24 II.- Si el elemento Galio (Ga) tiene un número atómico de 31, y una masa atómica de 70, ¿Cuántos protones, electrones y neutrones tiene?

1.- El número atómico indica la cantidad de protones y electrones, entonces: Protones = 31 Electrones = 31 2.- Si la masa atómica es la suma de protones y neutrones, entonces despejamos: Neutrones = masa __ Número de Atómica protones 70 - 31 = 39 Neutrones Respuesta: Protones = 31 Neutrones = 39 Electrones = 31


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Los Isótopos

Cuando echamos un vistazo a la tabla periódica de los elementos químicos, y más concretamente en algún elemento que nos llame la atención, nos encontraremos con que en cada pequeño recuadro que encierra algún átomo se muestra una determinada cantidad de números que rodean al símbolo del elemento; por ejemplo el carbono se muestra de la siguiente forma: el sodio de igual manera: El número que se encuentra en la parte inferior, con decimales, representa la masa del elemento, que también es conocida como UMA (unidad de masa atómica). Considerando lo que estudiamos con anterioridad, la masa atómica es la suma de protones y neutrones y deberíamos obtener sólo números enteros, pero, ¿por qué tenemos decimales en la masa atómica? La razón se encuentra en que no todos los átomos del mismo elemento tienen la misma masa, esto es que existen átomos que tienen el mismo número atómico pero diferente masa atómica y a estos se les llama ISÓTOPOS.

En 1934, los esposos Irene Curie y Fréderic Joliot, estudiando la producción de neutrones al bombardear una lámina de aluminio con partículas alfa, descubrieron que se formaba un isótopo radiactivo del fósforo. Comprobaron que además de los neutrones aparecían positrones que no esperaban (ni cabía esperar) y que no cesaban de producirse al dejar de bombardear, tal como sucedía con los neutrones.

Lo que hace más evidente a un isótopo de otro es que tiene, en su núcleo, diferente cantidad de Neutrones, lo cual es favorable para los avances de la ciencia y la tecnología en distintas ramas del conocimiento como la medicina, la aeronáutica, etc. Por ejemplo existen átomos de cloro que cuentan con la siguiente cantidad de partículas: Protones = 17; Electrones = 17; Neutrones = 18

Química I

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Pero también los hay con las siguientes cantidades: Protones = 17; Electrones = 17; Neutrones = 20 Existen isótopos radiactivos artificiales que tienen periodos de semi-desintegración pequeños. En algunos isótopos su masa se descompone cantidades más pequeñas, al pasar un determinado tiempo, y lo hacen en proporción a dicho tiempo transcurrido, lo que se conoce como vida media. La vida mitad, semivida, hemivida o periodo de semi-desintegración de un isótopo radiactivo es el tiempo que transcurre para que se desintegren la mitad de los átomos de una muestra. La desintegración de un átomo se dice que es espontánea ya que aunque se puede conocer la probabilidad de su ocurrencia, es imposible predecir el momento en el que un átomo se desintegrará. Ejemplos. Determina el tiempo que transcurre, si teníamos 54 gramos de una muestra de un isótopo y actualmente se contabilizaron 6.75 gramos; sabiendo que su vida media es de 3.5 años. Gramos 54 27 13.5 6.75 Tiempo 0 3.5 7 10.5 (Años)

Respuesta: Transcurrieron 10.5 años

24 La vida media de un isótopo es de 63 años, si logramos tener una muestra con 70 gramos de tal elemento, ¿Cuántos gramos quedarán al transcurrir 315 años? Gramos 70 35 17.5 8.75 4.37 2.18 Tiempo 0 63 126 189 252 315 (Años) Respuesta: Quedarán 2.18 gramos


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1.- Realiza la representación grafica de los electrones que tienen los siguientes átomos: Cobre 29 Uranio 92 Helio 2 Oro 79 Estaño 50 Calcio 20 Aluminio 13 Radón 86 Hidrógeno 1 Hierro 26

2.- Resuelve lo que se indica a continuación:

1.- Si el elemento Cadmio (Cd), presenta como número atómico 48, y su masa atómica es de 112, ¿Qué cantidad de neutrones, protones y electrones tiene? 2.- Si el elemento Plomo (Pb) tiene un número atómico de 82, y una masa atómica de 207, ¿Cuántos protones, electrones y neutrones tiene?

Química I

225

3.- El Arsénico (As) cuenta con una masa atómica de 75, y un número atómico igual a 33, entonces ¿Qué cantidad de Protones, Electrones y Neutrones presenta?

4.- De acuerdo a la tabla periódica el Bismuto (Bi), tiene 209 de masa atómica y un número atómico de 83. ¿Qué cantidad de neutrones, protones y electrones tiene? 5.- Si logramos acumular una muestra de un isótopo radiactivo que tiene una vida media de 28 años, y tenemos 40 gramos, ¿Cuánto tendremos en gramos si transcurren 112 años? 6.- Una muestra de material radiactivo tiene una vida media de 95 años; al acumular 140 gramos de dicho elemento, ¿Cuánto tiempo transcurre si llegasen a quedar 8.75 gramos? 3.- Elabora una tabla comparativa en la que plasmes, al menos, tres aspectos breves de las distintas teorías atómicas:


226

La Tabla Periódica

La tabla periódica es una clasificación de los elementos químicos existentes, la gran mayoría se encuentran en estado natural y otros fueron creados en laboratorios, inclusive se sabe que algunos de ellos tienen corta vida, pues se desintegran al paso de un breve tiempo. Se atribuye la primera clasificación al científico ruso Dimitri Ivanovich Mendeleiev, quien se baso de una variación manual de las propiedades químicas de los elementos existentes hasta ese momento; así, sabemos que la forma actual es una versión modificada de Mendeleiev, y fue diseñada por Alfred Werner. Descubriendo los elementos Aunque algunos elementos como el oro (Au), plata (Ag), cobre (Cu), plomo (Pb) y el mercurio (Hg) ya eran conocidos desde la antigüedad, el primer descubrimiento científico de un elemento ocurrió en el siglo XVII cuando el alquimista Henning Brand descubrió el fósforo (P). En el siglo XVIII se conocieron numerosos nuevos elementos, los más importantes de los cuales fueron los gases, con el desarrollo de la química neumática: oxígeno (O), hidrógeno (H) y nitrógeno (N). También se consolidó en esos años la nueva concepción de elemento, que condujo a Antoine Lavoisier a escribir su famosa lista de sustancias simples, donde aparecían 33 elementos. A principios del siglo XIX, la aplicación de la pila eléctrica al estudio de fenómenos químicos condujo al descubrimiento de nuevos elementos, como los metales alcalinos y alcalino–térreos, sobre todo gracias a los trabajos de Humphry Davy. En 1830 ya se conocían 55 elementos. Posteriormente, a mediados del siglo XIX, con la invención del espectroscopio, se descubrieron nuevos elementos, muchos de ellos nombrados por el color de sus líneas espectrales características:

TTABLA PERIÓDICA

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227

cesio (Cs, del latín caesĭus, azul), talio (Tl, de talio, por su color verde), rubidio (Rb, rojo), etc.

En la tabla periódica se encuentran separados dos grandes grupos: Los metales y Los No metales. Las columnas en la tabla periódica se conocen como familias y sus respectivos nombres son:

GRUPO 1(IA): Metales alcalinos GRUPO 2(IIA): Los metales alcalinotérreos GRUPO 3(IIIB): Familia del Escandio GRUPO 4(IVB): Familia Titanio GRUPO 5(VB): Familia del Vanadio GRUPO 6(VIB): Familia del Cromo GRUPO 7(VIIB): Familia de Manganeso GRUPO 8(VIIIB): Familia del Hierro GRUPO 9(VIIB): Familia de Cobalto GRUPO 10(VIIIB): Familia de Níquel GRUPO 11(IB): Familia Cobre GRUPO 12(IIB): Familia del Zínc GRUPO 13(IIIA): Los térreos GRUPO 14(IA): Los carbonos-ideos GRUPO 15(VA): Los nitrógenos-ideos GRUPO 16(IA): Los calcógenos GRUPO 17(VIIA): Los halógenos GRUPO 18(IA): Los gases nobles

La tabla periódica consta de 7 períodos, considerando la posición horizontal:

Período 1 Período 2 Período 3 Período 4 Período 5 Período 6 Período 7 Estas filas son hileras horizontales que corresponden a los siete niveles de energía, todos aquellos elementos que pertenecen al mismo periodo, su distribución electrónica termina en el mismo nivel de energía.


228

Metales

Los metales poseen ciertas propiedades físicas características, entre ellas son conductores de la electricidad. Hay todo tipo de metales: metales pesados, metales preciosos, metales ferrosos, metales no ferrosos, etc. y el mercado de metales es muy importante en la economía mundial. La mayoría de ellos son de color grisáceo, pero algunos presentan colores distintos; el bismuto (Bi) es rosáceo, el cobre (Cu) rojizo y el oro (Au) amarillo. En otros metales aparece más de un color; este fenómeno se denomina poli-cromismo.

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229

Metales que están destinados a un uso especial, son el antimonio, el cadmio o el litio.Los pigmentos amarillos y anaranjados del cadmio son muy buscados por su gran estabilidad, como protección contra la corrosión, para las soldaduras y las aleaciones correspondientes y en la fabricación de baterías de níquel y cadmio, consideradas excelentes por la seguridad de su funcionamiento. También se le utiliza como estabilizador en los materiales plásticos (PVC) y como aleación para mejorar las características mecánicas del alambre de cobre. Su producción se lleva a cabo en el momento de la refinación de zinc, con el que está ligado, se trata de un contaminante peligroso.

El litio, metal ligero, se emplea principalmente en la cerámica y en los cristales, como catalizador de polimerización y como lubricante, así como para la obtención del aluminio mediante electrólisis. También se emplea para soldar, en las pilas y en las baterías para relojes, en medicina (tratamiento para los maníaco-depresivos) y en química.

El níquel, a causa de su elevada resistencia a la corrosión, sirve para niquelar los objetos metálicos, con el fin de protegerlos de la oxidación y de darles un brillo inalterable en la intemperie.

El denominado "hierro blanco" es, en realidad, una lamina de acero dulce que recibe un baño de cloruro de zinc fundido, y a la que se da después un revestimiento especial de estaño.

Existen algunas otras propiedades de los metales que marcan aún más la diferencia con otros elementos, las cuales son: Resistencia mecánica: capacidad para resistir esfuerzo de tracción, comprensión, torsión y flexión sin deformarse ni romperse

Ductilidad: propiedad de los metales de moldearse en alambre e hilos al ser sometidos a esfuerzos de tracción.

Tenacidad: resistencia que presentan los metales a romperse o al recibir fuerzas bruscas (golpes, etc.) Maleabilidad: capacidad de los metales de hacerse láminas al ser sometidos a esfuerzos de compresión.


230

No Metales

Los no metales son elementos que tienden a ganar electrones para completar su capa externa (capa de valencia) con ocho, característico de la “regla del octeto”, y así lograr una configuración estable. Las propiedades de los no metales son, entre otras, son malos conductores de electricidad y de calor. No tienen lustre. Por su fragilidad no pueden ser estirados en hilos ni aplanados en láminas. Los no metales forman la mayor parte de la tierra, especialmente las capas más externas, y los organismos están compuestos en su mayor parte por no metales. Algunos no metales, en condiciones normales, son biatómicos en el estado elemental: hidrógeno (H2), nitrógeno (N2), oxígeno (O2), flúor (F2), cloro (Cl2), bromo (Br2) y yodo (I2). Algunos ejemplos de no metales mencionados comúnmente y de mayor empleo para cubrir necesidades de diferente índole, colocados orden de número atómico

Hidrógeno (H) Carbono (C) Nitrógeno (N) Oxígeno (O) Flúor (F) Fósforo (P) Azufre (S) Cloro (Cl) Selenio (Se) Bromo (Br) Yodo (I) Astato (At).

Metaloides

Los metaloides son un grupo de elementos que se localizan en una línea que divide a los metales de los no metales en un costado de la tabla periódica; reciben este nombre debido a que cuentan con propiedades intermedias entre ambos grupos, lo que indica que se pueden comportar ocasionalmente como metales y otras veces como no metales. Junto con los metales y los no metales, los semimetales (también conocidos como metaloides) comprenden una de las tres categorías de elementos químicos siguiendo una clasificación de acuerdo con las propiedades de enlace e ionización. Sus propiedades son

Intermedias entre los metales y los no metales. No hay una forma unívoca de distinguir los Metaloides de los metales verdaderos, pero generalmente se diferencian en que los metaloides son semiconductores antes que conductores.

Son considerados metaloides los siguientes elementos:

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Boro (B) Silicio (Si) Germanio (Ge) Arsénico (As) Antimonio (Sb) Telurio (Te)

Polonio (Po)

Dentro de la tabla periódica los metaloides se encuentran en línea diagonal desde el boro al astato. Los elementos que se encuentran encima a la derecha son no metales, y los que se encuentran debajo a la izquierda son metales.

Son elementos que poseen, generalmente, cuatro electrones en su última órbita. El silicio (Si), por ejemplo, es un metaloide ampliamente utilizado en la fabricación de elementos semiconductores para la industria electrónica, como rectificadores, diodos, transistores, circuitos integrados, microprocesadores, etc.

Gases Nobles

Los gases nobles son un grupo de elementos químicos que incluyen según el orden por peso molecular:

Helio (He) - neón (Ne) - argón (Ar) - kriptón (Kr) - xenón (Xe) radón (Rn)

En el caso de los gases nobles y dada la disposición de sus electrones en las capas más externas (orbitales), son químicamente inertes lo que significa que no reaccionan frente a otros elementos químicos (por este motivo se llaman nobles). Los átomos que componen este grupo de gases ni siquiera se relacionan entre ellos mismos, a excepción de los pesados como el xenón que en determinadas condiciones forzadas pueden formar algún tipo de compuesto si se relaciona con elementos químicos muy reactivos como por ejemplo el oxígeno y/o el flúor.

Debido a esta carencia de reactividad química, los gases nobles, a diferencia de lo que sucede con otros elementos químicos tales como el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el flúor o el cloro, no forman moléculas biatómicas, sino que están constituidos por átomos individuales. Asimismo, y tal como se desprende de su nombre, en condiciones normales se presentan siempre en estado gaseoso.


232

1.- Completa el siguiente crucigrama con el nombre de los metaloides (la flecha indica el inicio del nombre del elemento)

2.- Del siguiente grupo de elementos coloca, a la derecha del mismo, si corresponde a un metal (M), si es un no metal (NM), si es un metaloide (ME), o si es gas noble (GN). Antimonio _______ Cadmio _______ Azufre _______ Paladio _________ Polonio ______ Platino_______ Oxígeno _________ Mercurio _____ Plata ________ Kriptón __________ Cinc _______ Estaño ______ Cobalto _________ Cloro _______ Astato ______ Yodo _________ Radón _______ Bismuto _____

34

A

Química I

233

3.- Coloca el nombre o símbolo de cada elemento según sea el caso.

Magnesio

Tl

Antimonio

Cesio

H

Potasio

Mn

Mercurio

Ni

Ar

Estroncio

Escandio

Fósforo

Flúor

Sodio

Li

Zn

Cu

Pb

Ra

Hierro

Carbono

Cl

Ca

Estaño


234

Enlace Químico

En la mayoría de contextos en los que nos desenvolvemos observamos una serie de sustancias y mezclas que nos parecen tan comunes u ordinarias que pasa a ser una costumbre el estar en contacto con ellas. Como por ejemplo podemos citar la sal de mesa que no es más que un enlace entre el sodio y el cloro, como lo muestra una de las imágenes al inicio de esta unidad; o la tan empleada azúcar que también es una mezcla de tres distintos átomo de carbono, hidrógeno y oxígeno; por otra parte cuando inhalamos aire al respirar, lo que verdaderamente ingresa a nuestros pulmones es el oxígeno, y que al exhalar este aire lo que emitimos es una mezcla de carbono y oxígeno. Se pueden citar una serie de ejemplos claros al respecto, sin embargo es importante que sepamos cómo se unen algunos elementos químicos para formar estos compuestos; y precisamente en la presente temática se abordan aspectos relacionados con los enlaces entre elementos químicos. Acerca de la definición se puede decir que un enlace químico es “la fuerza de atracción que mantiene unidos a los átomos en una molécula o compuesto”. Al unirse dos átomos, lo hacen debido a que entre ellos existe afinidad, de ello se desprende que un átomo no puede unirse con todos los átomos de la naturaleza, sino que se unirá con aquellas que presenten características comunes y afines. Cuando un átomo logra unión con otro y se forma un nuevo compuesto, lo hace ganando, perdiendo o compartiendo electrones de valencia, que son los que se encuentran en el nivel más alto de energía (la última capa), lo que origina diferentes tipos de enlaces.

EENLACES

Química I

235

TIPOS DE ENLACE Los enlaces, como ya se dijo, se presentan de diferente forma de acuerdo a las características de los átomos. ENLACE IÓNICO O ENLACE COVALENTE ENLACE METÁLICO ELECTROVALENTE SIMPLE COORDINADO SENCILLO DOBLE TRIPLE

Regla del Octeto

En los elementos químicos, los átomos buscan una tendencia para tener ocho electrones en el nivel más externo (última capa de energía), que es prácticamente lo mismo que presentan los gases nobles o inertes, por ello se le llama la regla del octeto o ley del octeto. Cuando se presenta una reacción química, así como la formación de los enlaces químicos, los electrones de cada átomo sufren un reacomodo de manera que cada uno tenga ocho electrones en su capa de valencia. Tal reacomodo se logra de dos formas: la primera es mediante la transferencia de electrones entre los átomos y la segunda mediante la compartición de dichos electrones. Es así que dicha ley se puede expresar de la siguiente forma: “Todos los átomos al combinarse tienen la tendencia para completar ocho electrones en el último nivel de energía”. El caso de los gases nobles es un dato a parte ya que se caracterizan por su formidable tendencia química que conduce a la falta de verdaderos compuestos químicos, o a la existencia de unos pocos e inestables, esta tendencia química se debe a la configuración electrónica estable en su periferia, en los que sus orbitales externos y subniveles se encuentran llenos de electrones.


236

Uno de los ejemplos más claros es el del cloruro de sodio (sal común) en el que el sodio tiende a ceder su electrón de valencia al cloro que tiene siete electrones en su última capa y necesita del electrón del sodio para lograr la formación de ese compuesto, y así lograr la estabilidad

Otro ejemplo muy común es el dióxido de carbono en el que dos átomos de oxígeno comparten sus electrones con un átomo de carbono y así logran estabilidad ambos átomos formando este tan conocido compuesto.

Enlace Iónico

Lo característico de este tipo de enlace es que se presenta una transferencia de electrones, en la que un átomo cede electrones y otro átomo los recibe. Dado que los elementos implicados tienen elevadas diferencia de electronegatividad, este enlace suele presentarse entre un elemento metálico y un no metálico. Se produce una transferencia electrónica total de un átomo a otro formándose iones de diferente signo. Los compuestos iónicos forman redes cristalinas constituidas por iones de carga opuesta, unidos por fuerzas electrostáticas.

Química I

237

CARACTERÍSTICAS Algunas características de este tipo de enlace son:

Son sólidos de estructura cristalina en el sistema cúbico Tienen altos puntos de fusión y ebullición ( entre 3000 C y 10000 C) Son enlaces resultantes entre la interacción de los metales de los grupos I

y II, y los no metales de los grupos VI y VII de la tabla periódica. Son solubles como en agua y otras disoluciones acuosas En estado sólido no conducen la electricidad Una vez fundidos en disolución acuosa si son conductores de electricidad.

La unión entre el sodio y el cloro es un enlace iónico. El sodio metálico es un metal sólido plateado y blando que se puede dividir con una navaja filosa, y reacciona inmediatamente con el oxígeno y el vapor de agua presente en el aire. Mientras el cloro es un no metal reactivo, es un gas amarillo verdoso pálido de olor irritante. Cuando se coloca un trozo de sodio metálico en un matraz con cloro gaseoso, se produce una reacción vigorosa y se produce un sólido blanquecino estable. Al suceder esto, el átomo de sodio transfiere un electrón al átomo de cloro de lo que se forma un ión sodio y un ión cloruro.

Na Cl

Enlace Covalente

Este tipo de enlace consiste en que dos átomos, para completar su octeto, comparten electrones.


238

Un enlace covalente se produce por el compartimiento de electrones entre dos o más átomos. Los enlaces covalentes se suelen producir entre elementos gaseosos no metales. A diferencia de lo que pasa en un enlace iónico, en donde se produce la transferencia de electrones de un átomo a otro, en el enlace covalente, los electrones de enlace son compartidos por ambos átomos. En el enlace covalente, los dos átomos no metálicos comparten uno o más electrones, es decir se unen a través de sus electrones en el último orbital, el cual depende del número atómico en cuestión. Entre los dos átomos puede compartirse uno, dos o tres electrones, lo cual dará lugar a la formación de un enlace simple, doble o triple.

CARACTERÍSTICAS Algunas características de este tipo de enlace son:

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239

Temperaturas de fusión y ebullición bajas. En condiciones normales (25 °C aprox.) pueden ser sólidos, líquidos o

gaseosos Son blandos en estado sólido. Son aislantes de corriente eléctrica y calor. Elevadas temperaturas de fusión y ebullición. Son sólidos. Son sustancias muy duras (excepto el grafito). Son aislantes (excepto el grafito). Son insolubles.

Estructura de Lewis

Los electrones de valencia están presentes en todos los átomos y son los que podemos identificar en los últimos niveles de energía u orbitales y cuentan con la capacidad de participar en los cambios químicos. Gilberto N. Lewis, presentó sus trabajos en las primeras décadas del siglo XX, los cuales consistían en tratar de explicar la formación del enlace químico. Para lograr lo anterior Lewis representó al núcleo del átomo y a todos los electrones del interior con el símbolo del elemento, y a los electrones de valencia por medio de puntos, cruces o círculos, cada uno de los cuales representa un electrón, alrededor del símbolo. El grupo al que pertenece el elemento es igual al número de puntos que se colocan alrededor del mismo. Para citar algunos ejemplos, si el litio se encuentra en el grupo I Lewis lo representó así:

Li Al carbono que se encuentra en el grupo IV, por lo que tiene 4 electrones de valencia, así:

C Y al magnesio que se encuentra en el grupo II:

Mg


240

La Estructura de Lewis, o puede ser llamada diagrama de punto, modelo de Lewis o ALDA representación de Lewis, es una representación gráfica que muestra los enlaces entre los átomos de una molécula y los pares de electrones solitarios que puedan existir. Diagrama de Lewis se puede usar tanto para representar moléculas formadas por la unión de sus átomos mediante enlace covalente como complejos de coordinación.

1.- Contesta las siguientes preguntas.

a. ¿En qué consiste el enlace químico?

b. ¿Cuáles son los tipos de enlace que se mencionaron en esta unidad?

c. ¿En qué consiste el enlace Iónico?

d. ¿En qué consiste el enlace covalente?

e. Menciona cinco elementos químicos que forman enlace iónico: f. Considerando el tipo de elementos (metales y no metales) indica qué tipo

de enlace (iónico o covalente) forman las siguientes uniones:

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241

H y O _____________ Na y O_______________ Mg y O _________________ Rb y O _____________ Fe y F _______________ H y O __________________ Li y Cl _____________ C y O _______________ Fr y Br _________________


242

En química, la estequiometria (del griego στοιχειον, stoicheion, 'elemento' y μετρον, métrón, 'medida') es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos en el transcurso de una reacción química; y de igual forma podemos entender su significado etimológico como “ la medida de los elementos”.

Si consideramos una ampliación de esta definición decimos que la “estequiometria como la parte de la química que estudia las reacciones cuantitativas entre los elementos que constituyen los compuestos y entre las sustancias que intervienen en las reacciones químicas, tanto en peso como en volumen”

En una reacción química se observa una modificación de las sustancias presentes: Los reactantes se consumen para dar lugar a los productos.

A escala microscópica, la reacción química es una modificación de los enlaces entre atomos, por desplazamientos de electrones: unos enlaces se rompen y otros se forman, pero los átomos implicados se conservan. Esto es lo que llamamos la ley de conservación de la masa que implica dos leyes siguientes.

La conservación del número de átomos de cada elemento químico; La conservación de la carga total. Las relaciones estequiométricas entre las cantidades de reactivos consumidos y productos formados dependen directamente de estas leyes de conservación. Y están determinadas por la ecuación (ajustada) de la reacción.

EESTEQUIOMETRÍA

Química I

243

Reacción Química

Una reacción química es el cambio que se suscita entre dos o más sustancias químicas que entran en contacto para producir una sustancia nueva o diferente a las primeras, y que consta de dos partes fundamentales: Reactantes y productos. Los reactantes, al entrar en contacto, experimentan un cambio y los productos son el resultado de dicho cambio.

Citamos un ejemplo: MgOH + H2CO3 Mg2CO3 + H2O REACTANTES PRODUCTOS

A la representación simbólica de las reacciones se les llama ecuaciones químicas.

Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las que se da la reacción química. No obstante, tras un estudio cuidadoso se comprueba que, aunque los productos pueden variar según cambien las condiciones, determinadas cantidades permanecen constantes en cualquier reacción química. Estas cantidades constantes, las magnitudes conservadas, incluyen el número de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica y la masa total.

Podemos clasificarlas de acuerdo al tipo de productos que resulta de la reacción. En esta clasificación entran las reacciones de síntesis (combinación), descomposición, de sustitución simple, de sustitución doble:

Nombre Descripción Representación Ejemplo

Reacción de síntesis

Elementos o compuestos sencillos que se unen para formar

A+B → AB

Donde A y B representan cualquier sustancia química.

2Na(s) + Cl2(g) → 2NaCl(s)


244

un compuesto más complejo.

La siguiente es la forma general que presentan este tipo de reacciones:

Un ejemplo de este tipo de reacción es la síntesis del cloruro de sodio:

Reacción de descomposición

Un compuesto se fragmenta en elementos o compuestos más sencillos. En este tipo de reacción un solo reactivo se convierte en zonas o productos.

AB → A+B

Donde A y B representan cualquier sustancia química.

Un ejemplo de este tipo de reacción es la descomposición del agua:

2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)

Reacción de desplazamiento o simple sustitución

Un elemento reemplaza a otro en un compuesto.

A + BC → AC + B

Donde A, B y C representan cualquier sustancia química.

Un ejemplo de este tipo de reacción se evidencia cuando el hierro(Fe) desplaza al cobre(Cu) en el sulfato de cobre (CuSO4):

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

Reacción de doble desplazamiento o doble sustitución

Los iones en un compuesto cambian lugares con los iones de otro compuesto para formar dos sustancias diferentes.

AB + CD → AD + BC

Donde A, B, C y D representan cualquier sustancia química.

Veamos un ejemplo de este tipo de reacción:

NaOH + HCl → NaCl + H2O

Química I

245

Masa Molecular

La masa molecular relativa es un número que indica cuántas veces mayor es la masa de una molécula de una sustancia con respecto a la unidad de masa atómica. Su unidad es el Dalton o unidad de masa atómica, que se abrevia u (antes uma).

La masa molecular se determina sumando las masas atómicas relativas de los elementos cuyos átomos constituyen una molécula de dicha sustancia. A pesar de que se sigue diciendo popularmente peso molecular, el término correcto es masa molecular.

Prácticamente todas las sustancias se presentan como moléculas, o como iones. Al hacer remembranza, sabremos que una molécula es una adición de por lo menos un par de átomos unidos por acción química en una forma definida; mientras que los iones surgen por adición o eliminación de electrones a otro átomo o molécula neutra, lo que origina el surgimiento de una partícula cargada. Así mismo, sabemos que a las sustancias que contienen iones se les nombran compuestos iónicos.

Si es que deseamos conocer la masa de una sustancia, lo consideramos como masa formular de manera general, debido a que es utilizado tanto para sustancias o compuestos iónicos, que para moléculas, es decir, nos referimos a la masa contenida en una unidad de fórmula. Por otra parte la masa molecular se refiere concretamente a la masa de las sustancias a nivel molecular.

La masa molecular se puede definir entonces como “La suma de los pesos atómicos de una sustancia molecular”.

Luego entonces, para determinar la masa molecular de una sustancia, tendremos que hacer uso de la tabla periódica de los elementos químicos una vez más, para localizar los pesos atómicos de los elementos presentes en dicha sustancia.

Como dato importante, y para agilizar la obtención de las masas moleculares, al consultar cada peso atómico es necesario redondear la cifra con que cada elemento cuenta, debido a que la mayoría de ellos presentan cantidades expresadas en decimales, por ejemplo, si consultamos el peso atómico del


246

oxígeno, sabremos que es 15.98, y al aplicar redondeo se le deja en 16; otro ejemplo es del azufre cuyo peso atómico es de 32.07, y al redondear le dejamos en 32. Esta acción aplicará para todos los átomos involucrados en las sustancias de las que se pretende obtener la masa molecular.

Ejemplo 1:

Calcula la masa molecular del siguiente compuesto: H2SO4

Considerando la información de la tabla periódica, los pesos atómicos son:

El peso atómico del H es 1.0079, lo redondeamos a 1.00 El peso atómico para el S es de 32.07, lo redondeamos a 32 El peso atómico para él O es de 15.98, lo redondeamos a 16.00 Después: Multiplicamos el peso atómico por el subíndice que aparece en cada elemento. H = 1.00 * 2 = 2 S = 32.0 * 1 = 32 O = 16.0 * 4 = 64 Sumamos = 98 Las unidades para medir la masa molecular son: gr/mol

Ejemplo 2:

Calcular la masa molecular del Ca (NO3)2

Peso atómico del Ca es 40.0 * 1 = 40 Peso atómico del N es 14 * 2 = 28 Peso atómico del 0 es 16 * 6 = 96 Sumamos = 164 gr/mol

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Ejemplo 3: Determine la masa molecular del compuesto I2 O7 Peso atómico del I es 127 * 2 = 254 Peso atómico del O es 16 * 7 = 112 Sumamos = 366 gr/mol Basándonos de este último ejemplo, en química se dice que un mol de I2 O7 tiene 366 gramos por lo que podemos deducir que: En 2 moles tendremos 732 gramos En 3 moles tendremos 1098 gramos En 10 moles tendremos 3660 gramos Luego entonces, obtenemos la fórmula que establece que el número de moles es igual a la masa de la muestra (W) sobre la masa molecular: n = W_ M.M. A partir de la fórmula anterior tendremos la posibilidad de resolver el número de moles que se encuentren en una determinada muestra de algún compuesto. Por ejemplo: ¿Qué cantidad de moles de H2 CO3 tendríamos en 600 gramos del mismo compuesto? Masa molecular del H2 CO3 = H = 1 * 2 = 2 C = 12 * 1 = 12 O = 16 * 3 = 48_ Suma = 62 gr/mol

49


248

Realizamos sustitución de la fórmula n = W_ M.M. n = 600_ 62 n = 9.677 n

1. Calcule la masa molecular de los siguientes compuestos:

a) HClO4

b) MnSO4

c) KBrO4

d) Znl2

e) Ba (OH)2

f) Cr2(CO3)3 2.- Resuelve según se indique en cada situación. ¿Qué cantidad de moles de Pb (OH)4 tendríamos en 850 gramos del mismo compuesto?

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¿Qué cantidad de moles de CuTeO2 tendríamos en 1345 gramos del mismo compuesto? ¿Qué cantidad de moles de H3BO3 tendríamos en 935 gramos del mismo compuesto? ¿Qué cantidad de moles de H2 CO3 tendríamos en 900 gramos del mismo compuesto? ¿Qué cantidad de moles de MnSO4 tendríamos en 600 gramos del mismo compuesto?


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LA CONTAMINACIÓN DEL AIRE

La contaminación del aire: Se define como la presencia en la troposfera de una o más sustancias en cantidades tales y con tal duración que pueda afectar la vida humana, animales, plantas, o materiales afectando la calidad de vida.

La contaminación del aire es uno de los problemas ambientales más importantes, y es resultado de las actividades del hombre. Las causas que originan esta contaminación son diversas, pero el mayor índice es provocado por las actividades industriales, comerciales, domésticas y agropecuarias.

La combustión empleada para obtener calor, generar energía eléctrica o movimiento, es el proceso de emisión de contaminantes más significativo. Existen otras actividades, tales como la fundición y la producción de sustancias químicas, que pueden provocar el deterioro de la calidad del aire si se realizan sin control alguno.

El aire puro es una mezcla gaseosa compuesta por un 78% de nitrógeno, un 21% de oxígeno y un 1% de diferentes compuestos tales como el argón, el dióxido de carbono y el ozono. Entendemos pues por contaminación atmosférica cualquier cambio en el equilibrio de estos componentes, lo cual altera las propiedades físicas y químicas del aire.

Los principales contaminantes del aire se clasifican en:

PRIMARIOS:

Son los que permanecen en la atmósfera tal y como fueron emitidos por la fuente. Para fines de evaluación de la calidad del aire se consideran: óxidos de azufre, monóxido de carbono, óxido de nitrógeno, hidrocarburos y partículas.

SECUNDARIOS:

Son los que han estado sujetos a cambios químicos, o bien, son el producto de la reacción de dos o más contaminantes primarios en la atmósfera. Entre ellos destacan los oxidantes fotoquímicos y algunos radicales de corta existencia como el ozono.

Química I

251

A nivel nacional, la contaminación atmosférica se limita a las zonas de alta densidad demográfica o industrial. Las emisiones anuales de contaminantes en el país son superiores a 16 millones de toneladas, de las cuales el 65 % es de origen vehicular.

En la Ciudad de México se genera 23.6 % de dichas emisiones, en Guadalajara el 3.5 %, y en Monterrey el 3 %. Los otros centros industriales del país generan el 70 % restante.

Realiza la siguiente investigación:

1. Investiga cuáles son los productos que contaminan el aire y enlístalos. 2. Comprueben entre compañeros cada uno de los productos y depuren su

lista para que no se repitan. 3. Una vez que ya tengan esta lista, analicen que tan indispensable es que

usen este producto, por cuál lo pueden sustituir o de qué manera pueden dañar menos al medio ambiente.

CONTAMINACIÓN DEL AGUA

El agua pura es un recurso renovable, sin embargo puede llegar a estar tan contaminada por las actividades humanas, que ya no sea útil, sino más bien nocivo.

¿Qué contamina el agua?

Agentes patógenos.- Bacterias, virus, protozoarios, parásitos que entran al agua proveniente de desechos orgánicos.

Desechos que requieren oxígeno.- Los desechos orgánicos pueden ser descompuestos por bacterias que usan oxígeno para biodegradarlos. Si hay poblaciones grandes de estas bacterias, pueden agotar el oxígeno del agua, matando así las formas de vida acuáticas.


252

Sustancias químicas inorgánicas.- Ácidos, compuestos de metales tóxicos (Mercurio, Plomo), envenenan el agua.

Los nutrientes vegetales pueden ocasionar el crecimiento excesivo de plantas acuáticas que después mueren y se descomponen, agotando el oxígeno del agua y de este modo causan la muerte de las especies marinas (zona muerta).

Sustancias químicas orgánicas.- Petróleo, plásticos, plaguicidas, detergentes que amenazan la vida.

Sedimentos o materia suspendida.- Partículas insolubles de suelo que enturbian el agua, y que son la mayor fuente de contaminación.

Sustancias radiactivas que pueden causar defectos congénitos y cáncer.

Calor.- Ingresos de agua caliente que disminuyen el contenido de oxígeno y hace a los organismos acuáticos muy vulnerables.

Fuentes Puntuales Y No Puntuales

Las fuentes puntuales descargan contaminantes en localizaciones específicas a través de tuberías y alcantarillas. Ej.: Fábricas, plantas de tratamiento de aguas negras, minas, pozos petroleros, etc.

Las fuentes no puntuales son grandes áreas de terreno que descargan contaminantes al agua sobre una región extensa. Ej.: Vertimiento de sustancias químicas, tierras de cultivo, lotes para pastar ganado, construcciones, tanques sépticos.

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Investiga los puntos que se marcan por debajo de los siguientes tipos de contaminación:

CONTAMINACIÓN DEL AGUA FREÁTICA Y SU CONTROL

Fuentes de contaminación del agua subterránea Método de prevención

Contaminación por fuentes no puntuales

CONTAMINACIÓN DEL AGUA SUPERFICIAL

Contaminación por fuentes puntuales: tratamiento de aguas de deshecho


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Las macromoléculas son moléculas que tienen una masa molecular elevada, formadas por un gran número de átomos. Generalmente se pueden describir como la repetición de una o unas pocas unidades mínimas o monómeras, formando los polímeros.

A menudo el término macromolécula se refiere a las moléculas que pesan más de 10.000 Dalton de masa atómica. Pueden ser tanto orgánicas como inorgánicas, y se encuentran algunas de gran relevancia en el campo de la bioquímica, al estudiar las biomoléculas. Dentro de las moléculas orgánicas sintéticas se encuentran los plásticos. Son moléculas muy grandes, con una masa molecular que puede alcanzar millones de UMAs que se obtienen por las repeticiones de una o más unidades simples llamado “monómeros” unidos entre sí mediante enlaces covalentes.

Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas y por puentes covalentes.

Por lo general, se analizan moléculas en el que el número de átomos es muy pequeño, el cual consta de una masa molecular relativamente pequeña, por ejemplo la molécula de la sal común (Na Cl) consta de solo dos átomos y la masa molecular relativa es de 58. En cambio, existen muchas clases de moléculas que poseen una composición mucho más complicada, es decir, una gran cantidad de átomos y un valor grande en su masa molecular; a esta clase de composiciones se le denomina macromoléculas. Específicamente una macromolécula tiene una cantidad mínima de 1000 y una masa no menos de 10.000. Además los eslabones que unen la molécula no conducen a variación en las propiedades físicas, si estos

MACROMOLÉCULAS

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son adicionados de manera complementaria. Por ejemplo la molécula del polietileno, cuya masa molecular relativa es de 280.000 y consta de 20.000 eslabones de grupos CH2. Otro ejemplo es la molécula del ácido ribonucleico; consta de 124 eslabones que se repiten, conformados por 17 aminoácidos diferentes. Su fórmula química es C 575 H 901 O 193 N 171 S 12, su masa molecular relativa es de 13.682. Los polímeros son sustancias conformadas por macromoléculas.

Desde hacía un tiempo se denominaron a cierto grupo de moléculas los coloides, en una época que no se conocía la existencia de la macromolécula, los coloides tenían una apariencia gelatinosa adhesiva, con una velocidad de difusión pequeña sin atravesar las membranas, lo cual sucede lo contrario por ejemplo con la sal común que se difunden muy bien y pasa a través de las membranas, estas sustancias fueron llamadas cristaloides por su buena conformación estructural. En lo sucesivo fue descubierto que en condiciones determinadas los cristaloides podían adquirir un “estado coloidal”, si se lograba unir sus moléculas en grupos y con una masa relativa baja. La agregación de las moléculas de los cristaloides que conducen a la aparición de las propiedades coloidales de sus moléculas, es por lo general una manifestación de las fuerzas de la valencia secundaria y el enlace de los átomos en las macromoléculas es covalente.

MACROMOLÉCULAS NATURALES CARBOHIDRATOS

Los glúcidos, carbohidratos o sacáridos (del griego σάκχαρον que significa “azúcar”) son una clase de biomoléculas. Son la forma biológica primaria de almacenamiento y consumo de energía. Otras formas son las grasas y, en menor medida, las proteínas.

El término hidrato de carbono o carbohidrato es poco apropiado, ya que estas moléculas no son átomos de carbono hidratados, es decir, enlazados a moléculas de agua, sino de átomos de carbono unidos a otros grupos funcionales químicos. Este nombre proviene de la nomenclatura química del siglo XIX, ya que las primeras sustancias aisladas respondían a la fórmula elemental Cn(H2O)n (donde “n” es un entero=1,2,3… según el número de átomos). De aquí el término “carbono-hidratado” se haya mantenido, si bien posteriormente se vio que otras moléculas con las mismas características químicas no se corresponden con esta


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fórmula. Además, los textos científicos anglosajones aún insisten en denominarlos carbohydrates lo que induce a pensar que este es su nombre correcto. Del mismo modo, en dietética, se usa con más frecuencia la denominación de carbohidratos.

Glúcidos: este nombre proviene de considerarse derivados de la glucosa por polimerización y pérdida de agua. El vocablo procede del griego “glycýs”, que significa dulce. Azúcares: este término sólo puede usarse para los monosacáridos (aldosas y cetosas) y los oligosacáridos inferiores (disacáridos). En singular (azúcar) se utiliza para referirse a la sacarosa o azúcar de mesa.

Los glúcidos son compuestos formados en su mayor parte por átomos de carbono e hidrógeno y en una menor cantidad de oxígeno. Los glúcidos tienen enlaces químicos difíciles de romper llamados covalentes, mismos que poseen gran cantidad de energía, que es liberada al romperse estos enlaces. Una parte de esta energía es aprovechada por el organismo consumidor, y otra parte es almacenada en el organismo.

En la naturaleza se encuentran en los seres vivos, formando parte de biomoléculas aisladas o asociadas a otras como las proteínas y los lípidos.

LIPIDOS

Los lípidos son un conjunto de moléculas orgánicas, la mayoría biomoléculas, compuestas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida oxígeno, aunque también pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno, que tienen como característica principal el ser hidrofóbicas o insolubles en agua y sí en disolventes orgánicos como la bencina, el alcohol, el benceno y el cloroformo. En el uso coloquial, a los lípidos se les llama vulgar e incorrectamente grasas, aunque las grasas son sólo un tipo de lípidos procedentes de animales. Los lípidos cumplen funciones diversas en los organismos vivientes, entre ellas la de reserva

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energética (triglicéridos), la estructural (fosfolípidos de las bicapas) y la reguladora (esteroides).

Características generales: los lípidos son biomoléculas muy diversas; unos están formados por cadenas alifáticas saturadas o insaturadas, en general lineales, pero algunos tienen anillos (aromáticos). Algunos son flexibles, mientras que otros son rígidos o semiflexibles hasta alcanzar casi una total flexibilidad molecular; algunos comparten carbonos libres y otros forman puentes de hidrógeno.

La mayoría de los lípidos tiene algún tipo de carácter polar, además de poseer una gran parte apolar o hidrofóbico (“que le teme al agua” o “rechaza al agua”), lo que significa que no interactúa bien con solventes polares como el agua. Otra parte de su estructura es polar o hidrofílica (“que ama el agua” o “que tiene afinidad por el agua”) y tenderá a asociarse con solventes polares como el agua; cuando una molécula tiene una región hidrófoba y otra hidrófila se dice que tiene carácter anfipático. La región hidrófoba de los lípidos es la que presenta solo átomos de carbono unidos a átomos de hidrógeno, como la larga “cola” alifática de los ácidos grasos o los anillos de esterano del colesterol; la región hidrófila es la que posee grupos polares o con cargas eléctricas, como el hidroxilo (–OH) del colesterol, el carboxilo (–COO–) de los ácidos grasos, el fosfato (–PO4–) de los fosfolípidos, etc.


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PROTEINAS

Las proteínas son macromoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos. El nombre proteína proviene de la palabra griega πρώτα (“prota”), que significa “lo primero” o del dios proteo, por la cantidad de formas que pueden tomar.

Las proteínas desempeñan un papel fundamental en los seres vivos y son las biomoléculas más versátiles y más diversas. Realizan una enorme cantidad de funciones diferentes, entre las que destacan la enzimática, hormonal, transportadora (hemoglobina), defensiva (anticuerpos), estructural (colágeno), etc. Las proteínas de todo ser vivo están determinadas genéticamente, es decir, la información genética (genes) determinan qué proteínas tendrá un individuo.

Las proteínas son digeridas a través de la digestión que comienza en el estómago, son digeridas en polipeptidos más pequeños, por las enzimas conocidas como proteasas, para proveer de aminoácidos al organismo, incluyendo los aminoácidos esenciales que el organismo no puede sintetizar. Además de su rol en la síntesis de proteínas, los aminoácidos también son una importante fuente nutricional del nitrógeno. Las proteínas, como los carbohidratos, contienen 4 kcal por gramo opuesto a los lípidos los cuales contienen nueve kilocalorías y los alcoholes los cuales contienen 7 kcal. Las proteínas pueden ser convertidas en carbohidratos a través de un proceso llamado gluconeogénesis.

Las fuentes dietéticas de proteínas incluyen carne, huevos, granos, legumbres y productos lácteos tales como leche y queso. Las fuentes animales de proteínas poseen los 20 aminoácidos. Las fuentes vegetales son deficientes en aminoácidos y se dice que sus proteínas son incompletas. Por ejemplo, la mayoría de las legumbres típicamente carecen de cuatro aminoácidos incluyendo el aminoácido esencial metionina, mientras los granos carecen de todos, tres o cuatro aminoácidos incluyendo el aminoácido esencial lisina. Exceso de consumo de proteínas, como el organismo es incapaz de almacenar las proteínas, el exceso de proteínas es digerido y convertido en azúcares o ácidos grasos. El hígado remueve el nitrógeno de los aminoácidos, una manera de que éstos pueden ser consumidos como combustible, y el nitrógeno es incorporado en

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la urea, la sustancia que es excretada por los riñones. Estos órganos normalmente pueden lidiar con cualquier sobrecarga adicional pero si existe enfermedad renal, una disminución en la proteína frecuentemente será prescrita.

El exceso en el consumo de proteínas también puede causar la pérdida de calcio corporal, lo cual puede conducir a pérdida de masa ósea a largo plazo. Sin embargo, varios suplementos proteicos vienen suplementados con diferentes cantidades de calcio por ración, de manera que pueden contrarrestar el efecto de la pérdida de calcio.

Las proteínas son frecuentemente causa de alergias y reacciones alérgicas a ciertos alimentos. Esto ocurre porque la estructura de cada forma de proteína es ligeramente diferente, algunas pueden desencadenar una respuesta a partir del sistema inmune mientras otros permanecen perfectamente seguros. Muchas personas son alérgicas a la caseína, la proteína en la leche; al gluten, la proteína en el trigo y otros granos; a la proteína particular encontrada en el maní; o aquellas encontradas en mariscos y otras comidas marinas. Es extremadamente inusual que una misma persona reaccione adversamente a más de dos tipos diferentes de proteínas, debido a la diversidad entre tipos de proteínas o aminoácidos.

AMINOACIDOS

Todos los aminoácidos componentes de las proteínas son alfa-aminoácidos. Por lo tanto, están formados por un carbono alfa unido a un grupo carboxilo, a un grupo amino, a un hidrógeno y a una cadena (habitualmente denominada Radical) de estructura variable, que determina la identidad y las propiedades de los diferentes aminoácidos; existen cientos de cadenas R por lo que se conocen cientos de


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aminoácidos diferentes, pero sólo 20 forman parte de las proteínas y tienen codones específicos en el código genético.La unión de varios aminoácidos da lugar a cadenas llamadas polipéptidos o simplemente péptidos, que se denominan proteínas cuando la cadena polipeptídica supera los 50 aminoácidos o la masa molecular total supera las 5.000 uma.

INVESTIGA LAS SIGUIENTES PREGUNTAS PARA FORTALECER TUS CONOCIMIENTOS RELACIONADOS A LO ANTES VISTO:

¿Cómo son catalizadas las reacciones biológicas por las proteínas?

¿De qué manera la estructura del DNA nos ayuda a entender el mecanismo de codificación de la información genética?

¿Cómo almacenan los organismos energía a través de polisacáridos y lípidos?

¿Por cuales otros nombres se le conocen a los carbohidratos?

Los lípidos o grasas ¿En qué son insolubles y solubles?

¿Qué son los lípidos?

¿De qué está formada la mayor parte de la estructura de los lípidos?

AMINA

ACIDO CARBOXILO

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Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.

Un polímero no es más que una sustancia formada por una cantidad finita de moléculas que le confieren un alto peso molecular que es una característica representativa de esta familia de compuestos orgánicos. Posteriormente observaremos las reacciones que dan lugar a esta serie de sustancias, no dejando de lado que las reacciones que se llevan a cabo en la polimerización son aquellas que son fundamentales para la obtención de cualquier compuesto orgánico. El almidón, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polímeros naturales, entre los más comunes de estos y entre los polímeros sintéticos encontramos el nailon, el polietileno y la baquelita.

POLIMERIZACIÓN

La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denomina polimerización. Según el mecanismo por el cual se produce la reacción de polimerización para dar lugar al polímero, ésta se clasifica como "polimerización por pasos" o como "polimerización en cadena". En cualquier caso, el tamaño de la cadena dependerá de parámetros como la temperatura o el tiempo de reacción, teniendo cada cadena un tamaño distinto y, por tanto, una masa molecular distinta, de ahí que se hable de masa promedio del polímero.

Tipos de polimerización

Existen dos tipos fundamentales de polimerización:

Polimerización por condensación.

En cada unión de dos monómeros se pierde una molécula pequeña, por ejemplo agua. Debido a esto, la masa molecular del polímero no es necesariamente un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero. Los polímeros de condensación se dividen en dos grupos:

Los Homopolímeros. Polietilenglicol Siliconas

MACROMOLÉCULAS SINTÉTICAS


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Los Copolímeros. Baquelitas. Poliésteres. Poliamidas.

La polimerización en etapas (condensación) necesita al menos monómeros bifuncionales. Deben de saber que los polímeros pueden ser maquinables.

Ejemplo: HOOC--R1--NH2

Si reacciona consigo mismo, entonces:

2 HOOC--R1--NH2 <----> HOOC--R1--NH· + ·OC--R1--NH2 + H2O <----> HOOC--R1-NH--CO--R1--NH2 + H2O

Polimerización por adición.

En este tipo de polimerización a masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero.

Suelen seguir un mecanismo en tres fases, con ruptura hemolítica:

Iniciación: CH2=CHCl + catalizador •CH2–CHCl• Propagación o crecimiento: 2 •CH2–CHCl• •CH2–CHCl–CH2–

CHCl• Terminación: Los radicales libres de los extremos se unen a

impurezas o bien se unen dos cadenas con un terminal neutralizado.

Tacticidad de poliestireno, atáctico, sindiotáctico, isotáctico.

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Polimerización del estireno para dar poliestireno n indica el grado de polimerización

Por otra parte, los polímeros pueden ser lineales, formados por una única cadena de monómeros, o bien esta cadena puede presentar ramificaciones de mayor o menor tamaño. También se pueden formar entrecruzamientos provocados por el enlace entre átomos de distintas cadenas.

La naturaleza química de los monómeros, su masa molecular y otras propiedades físicas, así como la estructura que presentan, determinan diferentes características para cada polímero. Por ejemplo, si un polímero presenta entrecruzamiento, el material será más difícil de fundir que si no presentara ninguno.

Los enlaces de carbono en los polímeros no son equivalentes entre sí, por eso dependiendo del orden estereoquímico de los enlaces, un polímero puede ser: atáctico (sin orden), isostático (mismo orden), o sindiotáctico (orden alternante) a esta conformación se la llama tacticidad. Las propiedades de un polímero pueden verse modificadas severamente dependiendo de su estereoquímica.

En el caso de que el polímero provenga de un único tipo de monómero se denomina homopolímero y si proviene de varios monómeros se llama copolímero o heteropolímero. Por ejemplo, el poliestireno es un homopolímero, pues proviene de un único tipo de monómero, el estireno, mientras que si se parte de estireno y acrilonitrilo se puede obtener un copolímero de estos dos monómeros.

En los heteropolímeros los monómeros pueden distribuirse de diferentes maneras, particularmente para polímeros naturales, los monómeros pueden repetirse de forma aleatoria, informativa (como en los polipéptidos de las proteínas o en los polinucleótidos de los ácidos nucleicos) o periódica, como en el peptidoglucano o en algunos polisacáridos.


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Los monómeros que conforman la cadena de un copolímero se pueden ubicar en la cadena principal alternándose según diversos patrones, denominándose copolímero alternante, copolímero en bloque, copolímero aleatorio, copolímero de injerto. Para lograr este diseño, la reacción de polimerización y los catalizadores deben ser los adecuados.

a) Homopolímero b) Copolímero alternante c) Copolímero en bloque d) Copolímero aleatorio

e) Copolímero de injerto

Finalmente, los extremos de los polímeros pueden ser distintos que el resto de la cadena polimérica, sin embargo es mucho más importante el resto de la cadena que estos extremos debido a que la cadena es de una gran extensión comparada con los extremos.

Realiza los siguientes ejercicios:

1. Calcula la masa molecular del PVC suponiendo que la cadena está formada

por 5000 unidades del monómero. Indica si se trata de un polímero de

adición o de condensación, y si es homopolímero o copolímero.

2. Escribe el polímero de condensación formado a partir de 1,3-

propanodiamina y el ácido butanodioico.

3. Calcula el número de unidades de monómero tiene una molécula de

polibutadieno si su masa molecular media es 10260 u. Escribe la reacción

de polimerización.

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4. Formula el polímero de adición que se obtiene a partir del 2-

metilpropenoato de metilo.

5. Calcula la masa de glicerina necesaria para esterificar completamente 1 Kg

de de ácido palmítico [ CH3-(CH2)14 -COOH] .

6. Si la masa de una molécula de poliestireno es de 80000 u ¿cuántas

macromoléculas de poliestireno hay en 1 g de polímero?

7. Formula los siguientes monómeros : 2,3-dimetilbutadieno, 2-cloro-1,3-

butadieno, fenileteno (estireno).

8. Calcula el número de unidades de tetrafluoroeteno que hay en una muestra

de teflón si su masa molecular aproximada es de 12700 u.

9. Escribe el polímero que se obtendría a través de un mecanismo

polimerización de adición del 2-cloro-1-propeno.

10. Describe los dos mecanismos básicos en la síntesis de polímeros

artificiales.

11. ¿Qué diferencia hay entre un polímero termoplástico y otro termoestable?


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ANGUIANO, A. (2010) Educación con sentido social, Editorial Amate, Zapopan, Jalisco. BALDOR F.J. (1977) Nomenclatura Química Inorgánica, Editorial Saylors, La Habana, Cuba. BUNS, R.A. (1996) Fundamentos de la Química, Prentice Hall Hispanoamericana, Edo. De México. COLL, C. (1989) Conocimiento Psicológico y Práctica Educativa. Introducción a las relaciones entre Psicología y Educación, Barcelona, Barcanova. GAGNÉ Y BRIGGS, (1979) Teoría del conocimiento, Editorial Lozada, Primera Edición, Buenos Aires, Argentina.

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BBIBLIOGRAFÍA

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http://www.santillana.com.mx/libros/pdf/9789702908852.pdf

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http://es.wikipedia.org/wiki/Carbohidrato

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADpido

http://es.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADna


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MATERIAL DE TRABAJO RECOLECTADO Y REALIZADO POR:

LIE. PERLA YANET MANZO HERNÁNDEZ

DR. ROBERTO RODRIGUEZ NAVA

PROF. ISMAEL SÁNCHEZ CAMPOS

secretarÍa de educaciÓn del gobierno de … · está íntimamente relacionada con otras ciencias...

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