COLEGIO DE QUÍMICA

Grado 5° Clave 1501 Plan 96

GUÍA DE ESTUDIO QUÍMICA III

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

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

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Escuela Nacional Preparatoria Directora General: Mtra. Silvia E. Jurado Cuéllar Secretario Académico: Biól. Alejandro Martínez Pérez Diseño de portada: DCV. Cintia Amador Saloma 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

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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 que continúen 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

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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 nueva edición 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. 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.

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ÍNDICE 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

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

CONSULTA EL CD ADJUNTO A ESTA GUÍA

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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 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

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Estado sólido cristalino ........................................................................................................ 82 Modelo cinético molecular ................................................................................................... 82 Enlace Metálico .................................................................................................................... 83 Enlace Iónico ...................................................................................................................... 83

Propiedades físicas promedio de las sustancias iónicas .......................................... 83 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 los plásticos .............................................. 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 de alimentos ................................................................................................. 108 Congelación, calor, desecación, salado, ahumado, edulcorado y alto vacío .......... 108 Aditivos y conservadores ....................................................................................... 109 Cuidemos los alimentos .......................................................................................... 110

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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.

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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 se llevan a cabo los cambios.

Energía, motor de la humanidad

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.

PARA PROFUNDIZAR EN ESTE TEMA CONSULTA EL CD ADJUNTO A ESTA GUÍA

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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 en una pila son de:

A) química en cinética. 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 menor temperatura.

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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 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 adopta la forma del recipiente que lo contiene

adopta la forma del recipiente que lo contiene

Volumen definido definido llena todo el volumen del recipiente que lo contiene

Ordenamiento de las partículas

definido aleatorio aleatorio

Movimiento vibratorio moderado muy rápido Atracción entre partículas fuerte moderado no hay Cercanía de las partículas muy cercanas cercanas muy distantes

Autoevaluación 1.7. Los estados de agregación de la materia son: A) sólido, líquido y gas. B) ebullición, fusión y solidificación. C) gas, plasma y evaporación. 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.

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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?

100 ºC - 70 ºC 1 000 ºC A) sólido sólido líquido B) líquido sólido gas C) líquido líquido gas D) sólido líquido gas

1.2.2. Clasificación de la materia. 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.

Materia

Sustancias Puras Mezclas

Elementos Compuestos

se clasifica

pueden ser

Homogéneas Heterogéneas

pueden ser

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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 dos átomos, 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 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

elemento Símbolo del

elemento Número atómico

Número de protones

Número de neutrones

Número 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, número atómico y número de masa

Nombre del elemento Símbolo del elemento Masa atómica Potasio K 39.098 Plata Ag 107.868

Aluminio Al 26.982

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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

Nombre Hidrógeno (Protio)

Deuterio Tritio

H H H

Número atómico 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: A) protones B) electrones C) neutrones D) nucleones 1.13. Partículas subatómicas que determinan a cada elemento: A) protones B) electrones C) neutrones D) nucleones 1.14. El número atómico de un elemento está dado por los: A) protones B) electrones 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, carácter ácido o básico, oxidante o reductor, comburente, corrosivo, etc. Al manifestarse estas propiedades se involucra un cambio químico.

1 1

2 1

3 1

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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 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 de cloruro 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. 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

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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 Todas las reacciones químicas están acompañadas por un cambio de energía. Algunas reacciones liberan energía hacia sus alrededores (generalmente como calor) y son llamadas 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.

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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.

Tipos de Radiación Partícula Símbolo Carga Alcance

Alfa α + corto Beta β - moderado

Gamma γ Ninguna 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 de radiación 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. 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. D) la luz infrarroja. 1.26. El uranio se presenta como 233

92 U, 23592 U y 238

92 U, estos tres se conocen como: A) nucleones. B) neutrinos. 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.

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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. 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.

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En la imagen siguiente se pueden apreciar las distintas formas de radiación electromagnética donde podemos observar a las longitudes 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.

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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. 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 J s 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.

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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 en órbitas 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 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 fue predicha 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.

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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. 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 su demanda 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.

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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 la energía 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 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 la tecnología 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.

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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. 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.

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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 de menor 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. 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.

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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. Pearson Education, 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.

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UNIDAD 2 AIRE, INTANGIBLE PERO VITAL

PROPÓSITOS DE LA UNIDAD

1. Reconocer la importancia que tiene el aire en el desarrollo de la vida. 2. Relacionar las propiedades y leyes de los gases con su organismo y el entorno. 3. Adquirir la noción de mol. 4. Establecer la importancia de la concentración de las sustancias contaminantes en la calidad

del aire. 5. Informar sobre la contaminación atmosférica.

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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 otros organismos 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 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.

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¿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, al principio 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. 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 % VOLUMEN

N2 O2 Ar

CO2 Ne

CH4 H2 He Kr

otros

78.09000 20.94000 0.93000 0.03680 0.00180 0.00015 0.00005 0.00052 0.00010 0.00068

TOTAL 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.

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2.3. El aire es: A. una mezcla que contiene 60% de O2, 39% de N2 y otros gases. B. un compuesto que contiene 78.0% de N2, 20.9% de O2 y 1.1% otros gases. C. una mezcla heterogénea que contiene 78.0% de O2, 20.9% de N2 y 1.1% de otros gases. D. 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. 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 su comportamiento 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

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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 Expresión gráfica V ∝ 1/P V = k 1/P PV = k PiVi = PfVf

T = cte. en K ; n = cte.

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 estudiante debe 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 Vi = 30 L Pi = 760 mm Hg Pf = 585 mm Hg

Vf Pi Vi = Pf Vf

Vf =

Vf = = 38.97 L

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 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

isoterma

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P = cte. n = cte.

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.

Expresión matemática Expresión gráfica V ∝ T V = kT V/T = k Vi / Ti = Vf / Tf

V(L) isobara

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 siempre se considera absoluta en la escala Kelvin. Resolución:

Datos Incógnita Ecuaciones Operaciones P = constante Vi = 30 L ti = 20 oC =293 K tf = 0 oC = 273 K

Vf =

Vf =

Vf = = 27.95 L

Autoevaluación 2.6. El cuerpo humano adulto consume 500 mL de aire en cada respiración 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

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2.3.3 Ley de Gay – Lussac 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).

Expresión matemática Expresión gráfica P ∝ T P = kT P / T = k Pi / Ti = Pf / Tf

P(atm) 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 Incógnita Ecuaciones Operaciones V = constante Pi = 2 atm ti = 80 oC =353 K tf = 0 oC = 273 K

Pf =

Pf =

Vf = = 1.54 atm

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

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 de igual 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

V = cte. n = cte.

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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 Directamente proporcional Ley de Gay Lussac n = cte Ley de Charles

Pi / Ti = Pf / Tf Vi / Ti = Vf / Tf n, V = cte Ley combinada n, P = cte

Pi Vi / Ti = Pf Vf / Tf P V

Inversamente proporcional Ley de Boyle y Mariotte Pi Vi = Pf Vf n, T = cte

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 Incógnita Ecuaciones Operaciones Vi = 30 L Pi = 760 mm Hg ti = 40 oC =313 K tf = 10 oC =283 K Pf = 585 mm Hg

Vf =

Vf =

Vf = = 35.23 L

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 la que 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 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

37

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 Después de la colisión

4) El fenómeno 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

v1i

m1

v2i

m2

v1f v2f

38

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 Número de partículas Tipo de partícula Elementos

1 mol de carbono (C) 6.023 x 1023 Átomos de carbono 1 mol de aluminio (Al) 6.023 x 1023 Átomos de aluminio 1 mol de cloro (Cl2) en átomos 2(6.023 x 1023) = 12.046 x 1023 Átomos de cloro 1 mol de cloro (Cl2) en moléculas

6.023 x 1023 Moléculas de cloro

Compuestos 1 mol de agua (H2O) 6.023 x 1023 Moléculas de agua 1 mol de agua (H2O) 6.023 x 1023 Átomos de oxígeno 1 mol de agua (H2O) 2 x 6.023 x 1023 Átomos de hidrógeno 1 mol de sacarosa (C12H22O11) 6.023 x 1023 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 Cantidad de partículas (N)

Tipo de partícula

0.5 mol de agua (H2O) 9 g de agua (H2O) 3.0125 x 1023 Moléculas de agua

0.5 mol de agua (H2O) 9 g de agua (H2O) 3.0125 x 1023 Átomos de oxígeno

0.5 mol de agua (H2O) 9 g de agua (H2O) 6.023 x 1023 Átomos de hidrógeno

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 trabajar con 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

39

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.

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

(g/mol) Número de partículas

Elementos Sodio 23 6.023 x 10 23 átomos de Na Hierro 56 6.023 x 10 23 átomos de Fe Compuestos Fluoruro de sodio 42 6.023 x 10 23 unidades formulares de NaF Glucosa 180 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 Número de moles del elemento 1 mol de agua (H2O) 2 mol de hidrógeno

1 mol de oxígeno 1 mol de Glucosa C 6 H 12 O 6 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 del compuesto. b) Determina el número de moles de cada elemento presentes en un mol del compuesto. 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 Número de moles

Masa atómica (g)

Número de moles x masa atómica

H2O H O

2 1

1 g 16 g

2 g 16 g

Masa molar (M) H2O 18 g/mol

40

2. Calcula la cantidad de moléculas que hay en 20 g de agua. Datos N = X moléculas H2O m = 20 g H2O

M = 18

NA = 6.023 x 1023

Operación N = ( 6.023 x 1023 )( )( 20 g H2O)

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. ¿Cuál de los siguientes enunciados no es consistente con el concepto de mol? A. Una mol de 12C tiene una masa de 12 gramos. B. Una mol de gas Cl2 contiene 6.023 x 1023 átomos de cloro. C. Una mol de NaCl contiene 6.023 x 1023 unidades formulares. D. Una mol de Na contiene 6.023 x 1023 átomos de sodio. 2.17. ¿A cuántas moles equivalen 6.46 g de helio? A. 1.613 mol B. 3.230 mol C. 2.001 mol D. 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

moléculas.

B. 2.264 x 109

moléculas. C. 2.641 x 109

moléculas. D. 2.153 x 10-9

moléculas.

2.19. ¿Cuántos átomos existen en una masa de 0.250 g de oro? A. 196.07 átomos. B. 7.64 x 1020

átomos. C. 1.53 x 1021

átomos. D. 1.50 x 1023

átomos. 2.20. El volumen molar de un gas ideal: A. Disminuye al aumentar la temperatura. B. Tiene un valor constante de 22.4 L en CNTP. C. Disminuye al bajar la presión del gas. D. Es proporcional a la energía cinética de sus moléculas.

41

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% de oxígeno 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 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.

200 atm, 450 ºC y Fe3O4

3H2 + N2 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

42

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 el nitrógeno 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 la naturaleza. Autoevaluación 2.22. En el aire el nitrógeno se encuentra en una proporción de: A. 0.78 % B. 1 % C. 21 % D. 78 % 2.23. El nitrógeno forma nitratos y nitritos que se encuentran en: A. tierra fértil. B. arena seca. C. aire seco. D. 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:

200 atm, 450 ºC y Fe3O4

A. 3H2 + N2 2NH3

B. Ca(CN)2 + 3H2O CaCO3 + 2NH3

C. NH4OH + calor NH3 + H2O D. Mg3N2 + 3H2O 3MgO + 2NH3

2.7.2 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

2O3

43

En la biosfera hay intercambio 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 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.

44

Algunas reacciones importantes son: Oxígeno + Metal Óxido básico u óxido metálico O2 + 4 Li 2Li2O Óxido de litio O2 + 2Fe 2FeO Óxido ferroso u óxido de hierro (II) 3O2 + 4Fe 2Fe2O3 Óxido férrico u óxido de hierro (III) Óxido metálico + H2O hidróxido o base Li2O + H2O 2LiOH hidróxido de litio FeO + H2O Fe(OH) 2 hidróxido ferroso o hidróxido de hierro (II) Fe2O3 + 3H2O 2Fe(OH) 3 hidróxido férrico o hidróxido de hierro (III) Oxígeno + No metal Oxido ácido u óxido no metálico o anhídrido O2 + S SO2 dióxido de azufre o anhídrido sulfuroso 3O2 + 2S 2SO3 trióxido de azufre o anhídrido sulfúrico O2 + 2C 2CO monóxido de carbono o anhídrido carbonoso O2 + C CO2 dióxido de carbono o anhídrido carbónico N2 + O2 2NO monóxido de nitrógeno 2NO + O2 2NO2 dióxido de nitrógeno óxido no metálico o anhídrido + H2O ácido SO2 + H2O H2SO3 ácido sulfuroso SO3 + H2O H2SO4 ácido sulfúrico CO2 + H2O H2CO3 Ácido carbónico N2O5 + H2O 2HNO3 Ácido nítrico Cl2O7 + H2O 2HClO4 Ácido perclórico Autoevaluación 2.26. Los óxidos de nitrógeno NO y NO2 cuando reaccionan con agua producen: A. hidróxidos. B. ácidos. C. bases. D. hidruros. 2.27. De los siguientes enunciados, los correctos son:

1. El oxígeno a la temperatura ambiente, es inerte. 2. El oxígeno es un combustible, presente en toda combustión. 3. El oxígeno causa el envejecimiento de los organismos. 4. El oxígeno es el comburente durante la combustión. 5. Los compuestos más sencillos que forma el oxígeno, son los óxidos.

A. 1,3,5 B. 3,4,5 C. 2,4,5 D. 2,3,4 2.28. Un óxido metálico reacciona con agua dando lugar a: A. oxisales. B. hidróxidos o bases. C. hidrácidos. D. oxiácidos.

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2.29. Alotropía es la propiedad de algunos elementos de presentarse: A. en varias formas en diferentes estados físicos. B. en la misma forma en diferentes estados físicos. C. en varias formas en un mismo estado físico. D. en la misma molécula en diferente estado físico. 2.30. El oxígeno se encuentra en el aire en una proporción de: 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 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.

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Al final de las 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 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 C. 3,5 D. 1,2,4,5 2.34. El hielo seco es: A. agua sólida B. amoniaco sólido C. nitrógeno sólido D. dióxido de carbono sólido 2.8 Tabla periódica de los elementos 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.

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Tabla periódica de los elementos

Ordenamiento de los elementos de acuerdo con su número atómico 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

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

Periodo

1 1 H 2

He

2 3 Li

4 Be 5

B 6 C

7 N

8 O

9 F

10 Ne

3 11 Na

12 Mg 13

Al 14 Si

15 P

16 S

17 Cl

18 Ar

4 19 K

20 Ca

21 Sc

22 Ti

23 V

24 Cr

25 Mn

26 Fe

27 Co

28 Ni

29 Cu

30 Zn

31 Ga

32 Ge

33 As

34 Se

35 Br

36 Kr

5 37 Rb

38 Sr

39 Y

40 Zr

41 Nb

42 Mo

43 Tc

44 Ru

45 Rh

46 Pd

47 Ag

48 Cd

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Te

53 I

54 Xe

6 55 Cs

56 Ba * 72

Hf 73 Ta

74 W

75 Re

76 Os

77 Ir

78 Pt

79 Au

80 Hg

81 Tl

82 Pb

83 Bi

84 Po

85 At

86 Rn

7 87 Fr

88 Ra ** 104

Rf 105 Db

106 Sg

107 Bh

108 Hs

109 Mt

110 Ds

111 Rg

112 Uub

113 Uut

114 Uuq

115 Uup

116 Uuh

117 Uus

118 Uuo

Lantánidos * 57 La

58 Ce

59 Pr

60 Nd

61 Pm

62 Sm

63 Eu

64 Gd

65 Tb

66 Dy

67 Ho

68 Er

69 Tm

70 Yb

71 Lu

Actínidos ** 89 Ac

90 Th

91 Pa

92 U

93 Np

94 Pu

95 Am

96 Cm

97 Bk

98 Cf

99 Es

100 Fm

101 Md

102 No

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 Nombre Grupo Nombre IA IIA IIA IVA

Alcalinos Alcalinotérreos Térreos Carbonoides

VA VIA VIIA VIIIA

Nitrogenoides Calcógenos o Anfígenos Halógenos Gases nobles

Ordenamiento horizontal integrado por siete filas identificadas con números 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

48

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. 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 la ubicación 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.

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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 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 que está 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

1 I A

2 II A

13 III A

14 IV A

15 V A

16 VI A

17 VII A

18 VIIIA

Valencia 1 2 3 4 3 2 1 0 No. de oxidación 1 + 2 + 3 + 4 ± 3 - 2 - 1 - 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. 2- B. 4- C. 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

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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 del gas 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 0.7 hasta 2.1 2.1 hasta 3.98 Covalente no polar Covalente polar iónico

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 cada electrón 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:

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Ne

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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 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 2.42. De los siguientes enunciados, los correctos son:

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 átomos que 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 2.43. De los siguientes enunciados, los correctos son:

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

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2.44. El cloruro de sodio presenta enlace: A. covalente coordinado. B. covalente polar. C. covalente no polar. D. iónico. 2.45. El enlace covalente polar se caracteriza porque: A. la diferencia de electronegatividad es superior a 2.1. B. se da entre átomos no metálicos idénticos. C. se da entre átomos metálicos y no metálicos. D. 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 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 y NaCl

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 no polar.

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 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

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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. 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 energía térmica. 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

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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 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

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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 el

mismo 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. 1,3,4,5 D. 3,4,5 2.56. Los compuestos que faltan en la reacción de destrucción del ozono son:

_____ + O3 → NO2 + _____ A. NO3, O B. 2NO, 3O 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 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. escasos vientos 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.

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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

Óxidos de azufre (SOx) S + O2 → SO2 SO2 + H2O → H2 SO3 2 SO2 + O2 → 2 SO3 SO3 + H2O → H2SO4

Dióxido de carbono CO2 + H2O 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 de Contingencia 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

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RESPUESTAS 2.1. A) N2, NH3, H2O, CO2, CH4, HCl, SO2 2.2. D) los alimentos se descompondrían más fácilmente 2.3. D) una mezcla homogénea que contiene 78% de N2, 20.9% de O2 y 0.1% de otros gases. 2.4. C) 32.47 L 2.5. C) 821.6 torr (1.08 atm) 2.6. A) 474.83 mL 2.7. D) 754.41 L 2.8. A) 328 °C 2.9. A) 114.14 °C 2.10. B) 14.01 °C 2.11. A) 5117.9 L 2.12. D) 1,2,5 2.13. D) mol 2.14. A) de Avogadro 2.15. D) 6.023 x 1023 moléculas 2.16. B) Una mol de gas Cl2 contiene 6.023 x 1023 átomos de cloro 2.17. A) 1.613 mol 2.18. B) 2.264 x 109 moléculas 2.19. B) 7.64 x 1020 átomos 2.20. B) Tiene un valor constante de 22.4 L en CNTP. 2.21. A) 2876.31 L 2.22. D) 78 % 2.23. A) tierra fértil 2.24. D) amoniaco 2.25. A) 3H2 + N2 (200 atm, 450 ºC y Fe3O4) 2NH3 2.26. B) ácidos 2.27. B) 3,4,5 2.28. B) hidróxidos o bases 2.29. C) en varias formas en un mismo estado físico. 2.30. D) 21% 2.31. B) óxidos básicos 2.32. C) óxidos ácidos 2.33. D) 1,2,4,5 2.34. D) dióxido de carbono sólido 2.35. C) Familia 2.36. B) Período 2.37. C) Halógenos 2.38. D) Grupo 15, 2° periodo 2.39. B) electronegatividad 2.40. D) 4+ 2.41. B) NO2 2.42. D) 3,4,5 2.43. D) 2,3,5 2.44. D) iónico

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2.45. D) la diferencia de electronegatividad es desde 0.7 a 2.1 2.46. C) Iónico 2.47. A) helio 2.48. B) covalente no polar, covalente polar, iónico 2.49. D) O2, H2O 2.50. C) CO2 + H2O + energía 2.51. D) combustión 2.52. B) comburente 2.53. D) combustión 2.54. C) O3 2.55. D) 3,4,5 2.56. C) NO, O2 2.57. A) escasos vientos y bajas temperaturas. 2.58. C) 250 BIBLIOGRAFÍA Andrés Cabrerizo, D. M. et al (2002) Química. Editex. España.

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Zanz Tablero, M. (1999) Ciencias de la tierra y del medio ambiente. Ediciones laberinto. Proyecto teseo. España.

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UNIDAD 3 AGUA, ¿DE DÓNDE, PARA QUÉ Y DE QUIÉN?

Propósitos de la unidad: 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.

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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 densidad del 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 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 los gobiernos 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:

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Distribución de aguas subterráneas y superficiales en el planeta Tierra

Aguas subterráneas: 0.62% Agua dulce Aguas superficiales:

Océanos: 97.2% Agua salada Glaciares y casquetes polares: 2.11% Agua dulce Lagos: 0.009% Agua dulce Humedad atmosférica: 0.001% Agua dulce Ríos: 0.0001% 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 determinados por 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

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

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3.1.3 Fuentes de contaminación

Principales contaminantes del agua

Contaminantes Contenidos en Compuestos orgánicos demandantes de oxígeno

Aguas residuales domésticas, estiércol

Compuestos orgánicos refractarios

Plaguicidas, plásticos, detergentes, residuos industriales y aceites

Iones inorgánicos Ácidos, sales, metales tóxicos y nutrientes vegetales

Sedimentos Cenizas, arenas, gravillas y otros sólidos provenientes de la erosión de los suelos

Material radiactivo Residuos de plantas nucleoeléctricas y medicina nuclear

Organismos patógenos Bacterias y virus Maleza acuática 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 la comunidad. En la República Mexicana y en el mundo el consumo de agua es de la siguiente forma:

Uso del agua México Mundo Agricultura y ganadería 77% 70% Industria y generación de energía 13% 22% Consumo doméstico 10% 8%

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3.2.2 Purificación de agua

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 hidrógeno.

Río, lago o depósito

Tamizado

Floculación

Sedimentación

Filtración con arena

Tratamiento con cloro

Sistema de reparto

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Fuerzas dipolo – dipolo Son fuerzas que se presentan en moléculas polares que se atraen entre sí, uniéndose el polo positivo de una molécula con el polo negativo de otra.

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.

O + O- - -

O + O- - -

O + O- - -

O + O- - -

O + O- - -

O + O- - -

O + O- - -

O + O- - -

O + O- - -

O + O- - -

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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. 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 disolvente El 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.

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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.

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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.

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El agua presenta enlaces covalentes y es una molécula polar debido a la diferencia de electronegatividad entre el hidrógeno y el oxígeno 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. 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.

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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 disolución resultante 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

Porcentaje en masa / masa

masa del soluto % masa / masa = ————————————— 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

50 g % masa / masa = ———— x 100 = 16.67 % 300 g

Porcentaje en volumen / volumen

volumen del soluto % volumen / volumen = ———————————— x 100 volumen total de la disolución

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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 % 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 de bario 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 1 L x ————

1000 mL Paso 2 Anotar el significado de la concentración a preparar

0.7 mol ———— 1 L

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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 1 L 0.7 mol 58 g NaCl x ———— x ———— x ————— 1000 mL 1 L 1 mol

Paso 5 Resolver las operaciones

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

1000 mL 1L

Paso 4. Agrupar los pasos 1, 2 y 3

20 g NaOH 1 mol NaOH 1000 mL ————— x —————— x ———— 750 mL 40 g NaOH 1 L

Paso 5. Efectuando las operaciones

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

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Autoevaluación 3.10. ¿Qué cantidad se debe pesar de permanganato de potasio (KMnO4) para preparar 500 mL de una disolución con una concentración 1.5 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 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

acuosa Características de las bases en disolución

acuosa sabor agrio sabor amargo corrosivos al tacto resbalosas al tacto cambian el color del tornasol azul a rojo cambian el color del tornasol rojo a azul reaccionar con las bases para producir sal y agua

reaccionan con los ácidos para producir sal y agua

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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+ + SO4

2 -

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+)

HCl + H2O ———► H3O+ * + Cl-

Ácido base HCl dona su ión hidrógeno o protón por lo que se comporta como ácido y el agua al aceptarlo se comporta como base.

NH3 + H2O ———► NH4+ + OH

-

Base ácido 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.

* H3O+ es el ión hidronio que se considera como H+ unido a una molécula de agua

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Para determinar el carácter de una disolución se emplean los indicadores los cuales comúnmente son sustancias orgánicas que cambian de color según el valor de pH, los ejemplos más conocidos son fenolftaleína, indicador universal, tornasol, etc.

pH de algunas sustancias Sustancia pH Sustancia pH

Ácido clorhídrico (1M) 0 Hidróxido de sodio (1M) 14 Jugo de limón 2.2 Limpiador de drenajes 14 Vinagre 3.4 Amoniaco doméstico 11.9 Leche 6.4 Sangre 7.4

Autoevaluación 3.18 El amoniaco, la sangre y la leche se clasifican respectivamente como: A) base, ácido, ácido B) ácido, base, base 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 Ejemplo

HCl(ac) + NaOH(ac) ———► H2O(l) + NaCl(ac) Ácido hidróxido agua cloruro clorhídrico de sodio 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.

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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 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. México. Flores, T. et al.(1990) Química. Publicaciones Cultural, México. Garritz, A. Chamizo, J. (1994) Química. Addison – Wesley Iberoamericana S.A. Washington, E.U.A. Hein, M. (2001) Química. Thomson Learning, México. Leal, Mariana et al Temas ambientales. Zona metropolitana de la Ciudad de México. UNAM Programa Universitario de Medio Ambiente. Phillips, J. et al, (1999) Química. Conceptos y aplicaciones, Mc Graw Hill, México. Sanz, M. (1999) Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente, Ediciones del Laberinto, S.L. España. Velasco, J.M. (Coordinador), (1999) Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente, Editorial Editex, S. A. España. Zumdahl, S. (1992) Fundamentos de química. Mc. Graw-Hill, México. http://www.unesco.org/water/wwap/facts figures/index.shtml (página consultada el 25 de febrero 2008)

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UNIDAD 4 CORTEZA TERRESTRE, FUENTE DE MATERIALES

ÚTILES PARA EL HOMBRE

Propósitos de la unidad: 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.

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Introducción La corteza terrestre tiene un grosor de aproximadamente 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 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:

• 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. • Aleación: mezcla homogénea de dos o más metales, por ejemplo el bronce que se constituye

de cobre y estaño.

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Autoevaluación: 4.1 Las aleaciones son: A) compuestos químicos. B) elementos. C) minerales. D) mezclas homogéneas. 4.2 El bronce es una aleación de: A) cobre y estaño. B) cobre y plomo C) hierro y aluminio. 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 Producto obtenido Estados Fe3O4 (magnetita) Fe2O3, (hematita)

Fe Chihuahua, Coahuila, Colima y Michoacán

Al2O3 (bauxita) Al Guanajuato Plata (nativa y como compuesto)

Ag Chihuahua, Durango, Sinaloa, Zacatecas, San Luis Potosí, Sinaloa, Jalisco, Oaxaca, Hidalgo, Tlaxcala

Oro Au Oaxaca, Guerrero, Jalisco, Guanajuato, Hidalgo, Zacatecas, San Luis Potosí

CaF2 (fluorita) HF Chihuahua, Durango, Guanajuato, San Luis Potosí

Azufre S Tabasco, Veracruz Sal común NaCl Todos los estados que tienen litoral SrSO4 (celestita) Sr 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 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.

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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 metales alcalinos 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: 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 METALES NO METALES Estado de agregación Sólidos, excepto el Hg, el Ga y el

Cs, que tienen un punto de fusión inferior a 40ºC

Gases, líquidos o sólidos

Apariencia Brillantes Opacos excepto el yodo y el diamante (forma alotrópica del carbono)

Conducción del calor Buena Mala Conducción de la electricidad

Buena Mala, excepto el selenio y el grafito (forma alotrópica del carbono)

Resistencia a la deformación

Buena, la mayoría dúctiles (pueden formar alambres) y maleables (pueden formar láminas)

Mala. Son quebradizos y se rompen fácilmente, excepto el diamante (forma alotrópica del carbono)

Densidad 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).

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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, su capacidad para ceder electrones (oxidarse). Los no metales aceptan electrones de los metales (se reducen). 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 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+

Hg → Hg+

Au → Au3+

Menor tendencia a ionizarse

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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: A) Au + H2SO4 → AuHSO4 + H+

B)2Au + H2 SO4 → Au2SO4 + H2 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 relativamente fijas, 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. 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.

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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 los forman: 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. 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 Unidad II)

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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. 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? A) CCl4 B) C6H6 C) Au D) CsF 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 una sustancia/ 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.

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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 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 usar regla 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

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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 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 FeO + CO Fe + CO2 masas atómicas: Fe = 56; C = 12; O = 16

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, al multiplicar por la masa molar.

gramos Fe = (9.86 moles Fe )(56 g Fe/1 mol Fe) = 552 gramos

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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 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 B) mezcla homogénea C) mezcla heterogénea 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 a nivel 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. c) Olmeca – Petróleo crudo muy ligero que se obtiene de los pozos del norte de Tabasco, y Reynosa, Tamaulipas.

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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 n-heptano 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, por lo 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 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).

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Ejemplos de alcanos lineales

Fórmula condensada

Fórmula semidesarrollada Nombre

CH4 CH4 metano C2H6 CH3 – CH3 etano C3H8 CH3 – CH2 – CH3 propano C4H10 CH3 – CH2 – CH2 – CH3 butano C5H12 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 pentano C6H14 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 hexano C7H16 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2-CH3 heptano C8H18 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2- CH2 - CH3 octano C9H20 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2- CH2 – CH2 - CH3 nonano C10H22 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 - CH2- CH2 – CH2 –CH2 – CH3 decano

Autoevaluación 4.40 El nombre químico de: CH3 – CH2 – CH2 – CH3 es: A) 2-metil butano. B) butano. C)3-metil.-butano. D)neopentano. 4.41 El número de carbonos que contiene el pentano es: A) 3. B) 4. C) 6. D) 5.

Ejemplos de alquenos

Fórmula condensada

Fórmula semidesarrollada Nombre

C2 H4 CH2 = CH2 Eteno o etileno C3 H6 CH2 = CH - CH3 propeno C4 H8 CH2 = CH - CH2-CH3 1-buteno

CH3 – CH = CH - CH3 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

Fórmula semidesarrollada Nombre

C2 H2 CH ≡ CH Etino o acetileno C3 H4 CH ≡ C – CH3 propino C4 H6 CH ≡ C - CH2-CH3 1-butino

CH3 – C ≡ C - CH3 2-butino

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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: chispa o ∆

CnH(2n + 2) + O2 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 C) CH3 – CH2 – CH3 + 5O2 ∆ 3H2O + luz + calor

D) CH4 + 2O2 chispa 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.

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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:

• 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 gasolinas mediante 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.

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Autoevaluación 4.50 El eteno o etileno cuya fórmula es CH2=CH2, se considera una materia prima, porque 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: 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 de color 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.

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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 abrasión de algunos y diferentes grados de toxicidad. Cerámicas.– La fabricación de objetos de cerámica se 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.

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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 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 sus monómeros de origen son: Monómero Fórmula representativa Polímero etileno CH2 = CH2 polietileno propileno CH2 = CH2- CH3 polipropileno

estireno CH2 = CH poliestireno │ C6H5

cloruro de vinilo CH2 = CH cloruro de polivinilo (PVC)

│ Cl tetrafluoruro de vinilo F2 ─ C = C ─ F2 teflón acrilonitrilo CH2 = CH poliacrilonitrilo │ (orlón, acrilán) CN

4.57 El monómero del teflón es: A) tetrafluoruro de vinilo. B) cloruro de vinilo. C) acrilonitrilo. 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.

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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 de origen.

Características del suelo de acuerdo a su CHONP Elemento Proveniente de Importancia C, H, O (humus)

Restos vegetales poco degradables.

Determina las características físicas y químicas; intercambio de nutrientes y reserva de N fijado en el suelo.

N Aminoácidos, aminoazúcares, bacterias nitrificantes

Fuente de N. Fertilidad del suelo.

P Ésteres fosfatados, fosfolípidos.

Fuente de P para vegetales Fertilidad 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 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 cambio climático. Todo esto se percibe en el siguiente diagrama.

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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

Agua

Asimilación del oxígeno

Oxígeno orgánico

Descomposición del oxígeno orgánico

Fotosíntesis

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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 eléctricas y 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. 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

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4.62 Para que el nitrógeno pueda ser utilizado por animales y plantas, debe estar en forma de: A) N2 , NO3

1- B) NH41+, NO3

1-

C) N , N2 D) NH3 , N 4.63 En el ciclo del nitrógeno, los gases liberados durante la combustión en vehículos son: A) NOx B) N2 C) NH4

1+ 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 Acidez o alcalinidad Tipo de cultivo 4.0 – 5.0 Acidez muy alta Únicamente sirve para

cultivos de suelo ácido (berenjena) o bien requiere

adición de Ca(OH)2. 5.0 – 6.0 Acidez alta a moderada Algunos cultivos lo toleran;

otros requieren adición de Ca(OH)2.

6.0 – 6.7 Acidez ligera Adecuada para la gran mayoría de cultivos.

7.1 – 9.0 De ligeramente alcalina a alcalina

Aptos para muchos cultivos.

9.0 – 10.3 Fuertemente alcalino Inadecuados para cultivos. 10.3 – 11.0 Excesivamente alcalino Inadecuados para cultivos.

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 D)10.3-11.0 4.66 Un pH fuertemente alcalino es: A) adecuado para algunos cultivos B) apto para todos los cultivos C) apto sólo para el cultivo de berenjena 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.

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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 son de 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 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

100

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 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 atracción elevadas 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

101

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 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) NH4

1+, NO31-

4.63.- 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 Garritz, A., Chamizo, J.A. (1994) Química. Addison-Wesley Iberoamericana. México Hill,J., Kolb,D.(1999) Química para el nuevo milenio. Pearson. México Lewis,L., Waller, G. (1995) Química razonada. Editorial Trillas. México Mertz, E. (1971) Bioquímica. Publicaciones Cultural S.A. México Velasco, J.M. et al. (2000) Geología. Editorial Edites S.A. España Zumdahl,S. (1992) Fundamentos de Química.McGrawHill. México www.lentech.com/espanolciclo-nitrogeno

Harrison John Arthur, Ph.D. De Microbios y de Hombres. El Ciclo del Nitrógeno platea.pntic.mec.es/~cmarti3/CTMA/BIOSFERA/p.htm www.peruecologico.com.pe/lib_c2_t10.htm www.elergonomista.com/biologia/cicloo.htm platea.pntic.mec.es/~cmarti3/CTMA/BIOSFERA/s.htm

102

103

UNIDAD 5 ALIMENTOS, COMBUSTIBLE PARA LA VIDA

Propósitos de la unidad:

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.

Alimentos

Combustibles para la vida

Carencia y exceso

Métodos de conservación

Fuente de Minerales

Biomoléculas Proteínas

Macrominerales

Carbohidratos

Minerales traza

Lípidos

104

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 la carencia 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 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 los órganos 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.

105

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 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 Función Fuente Na+ Regulación y control de los líquidos

corporales. Sal, mariscos, carne, hongos, apio y otras verduras.

K+ Regulación de líquidos corporales y funciones celulares.

Plátano, jugo de naranja, leche descremada, ciruelas pasas y carne.

Ca2+ Catión principal de los huesos, aísla los músculos.

Leche, queso, mantequilla, carne y algunos vegetales.

P Presente en los lípidos de las células nerviosas, proporciona la energía para llevar a cabo las reacciones químicas en forma de ATP.

Pescado, mariscos, verduras y frutas.

S Forma parte de las proteínas. Los compuestos azufrados (mercaptanos y tioles) son potentes agentes antioxidantes.

Ajo, cebolla, brócoli, coliflor, col, carne, leche, huevo.

Cl- Jugo gástrico, regulación de los líquidos corporales.

Sal, mariscos y carne.

106

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 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.

107

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 disposición inmediata, 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. D) quitina. 5.11. El polímero de reserva energética en los vegetales es: A) glucógeno. B) almidón. C) amilasa. 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. 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.

108

5.2.3. Proteínas, estructura y grupos funcionales. Las proteínas son polímeros de aminoácidos constituidos por 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 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 botulinum.

PARA PROFUNDIZAR EN ESTE TEMA CONSULTA EL CD ADJUNTO A ESTA GUÍA

109

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) Salado C) Ahumado D) Alto vacío 5.18. Método de conservación de alimentos mediante el cual se destruyen paredes celulares 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. D) colorante. 5.20Ejemplo de conservador de alimentos es un: A) aglutinante. B) blanqueador. C) saborizante. D) antimicótico.

110

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 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 en las 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 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.

111

Tabla periódica de los elementos

1 H

1.0079

Z = número atómico A= masa atómica

Grupo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

I II III IV V VI VII VIII

Periodo

1 1 H

1.0079

2 He

4.0026

2 3

Li 6.941

4 Be

9.0122

5 B

10.811

6 C

12.011

7 N

14.007

8 O

15.999

9 F

18.998

10 Ne

20.180

3 11 Na

22.990

12 Mg

24.305

13 Al

26.982

14 Si

28.086

15 P

30.974

16 S

32.065

17 Cl

35.453

18 Ar

39.948

4 19 K

39.098

20 Ca

40.078

21 Sc

44.956

22 Ti

47.867

23 V

50.942

24 Cr

51.996

25 Mn

54.938

26 Fe

55.845

27 Co

58.933

28 Ni

58.693

29 Cu

63.546

30 Zn

65.38

31 Ga

69.723

32 Ge

72.64

33 As

74.922

34 Se

78.96

35 Br

79.904

36 Kr

83.798

5 37

Rb 85.468

38 Sr

87.62

39 Y

88.906

40 Zr

91.224

41 Nb

92.906

42 Mo 95.96

43 Tc

-

44 Ru

101.07

45 Rh

102.91

46 Pd

106.42

47 Ag

107.87

48 Cd

112.41

49 In

114.82

50 Sn

118.71

51 Sb

121.76

52 Te

127.60

53 I

126.90

54 Xe

131.29

6 55 Cs

132.91

56 Ba

137.33 57-71

* 72 Hf

178.49

73 Ta

180.95

74 W

183.84

75 Re

186.21

76 Os

190.23

77 Ir

192.22

78 Pt

195.08

79 Au

196.97

80 Hg

200.59

81 Tl

204.38

82 Pb

207.2

83 Bi

208.98

84 Po

-

85 At

-

86 Rn

-

7 87 Fr

-

88 Ra

- 89-103

** 104 Rf

-

105 Db

-

106 Sg

-

107 Bh

-

108 Hs

-

109 Mt

-

110 Ds

-

La 150.36 Lantánidos 0.36* La 150.36

57 La

138.91

58 Ce

140.12

59 Pr

140.91

60 Nd

144.24

61 Pm

-

62 Sm

150.36

63 Eu

151.96

64 Gd

157.25

65 Tb

158.93

66 Dy

162.50

67 Ho

164.93

68 Er

167.26

69 Tm

168.93

70 Yb

173.05

71 Lu

174.97

La 150.36 Actínidos ** La 150.3

89 Ac

-

90 Th

232.04

91 Pa

231.04

92 U

238.03

93 Np

-

94 Pu

-

95 Am

-

96 Cm

-

97 Bk

-

98 Cf

-

99 Es

-

100 Fm

-

101 Md

-

102 No

-

103 Lr

-

112

Tabla de electronegatividad

2.20 H

Electronegatividad Símbolo

Grupo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

I II III IV V VI VII VIII

Período

1 2.20 H

He

2 0.98 Li

1.57 Be 2.04

B 2.55

C 3.04

N 3.44 O

3.98 F

Ne

3 0.93 Na

1.31 Mg 1.61

Al 1.90 Si

2.19 P

2.58 S

3.16 Cl

Ar

4 0.82 K

1.00 Ca

1.36

Sc 1.54 Ti

1.63 V

1.66 Cr

1.55 Mn

1.83 Fe

1.88 Co

1.91 Ni

1.90 Cu

1.65 Zn

1.81 Ga

2.01 Ge

2.18 As

2.55 Se

2.96 Br

Kr

5 0.82 Rb

0.95 Sr 1.22

Y 1.33 Zr

1.60 Nb

2.16 Mo

1.90 Tc

2.20 Ru

2.28 Rh

2.20 Pd

1.93 Ag

1.69 Cd

1.78 In

1.96 Sn

2.05 Sb

2.10 Te

2.66 I

Xe

6 0.79 Cs

0.89 Ba * 1.30

Hf 1.50 Ta

2.36 W

1.90 Re

2.20 Os

2.20 Ir

2.28 Pt

2.54 Au

2.00 Hg

2.04 Tl

2.33 Pb

2.02 Bi

2.00 Po

2.20 At

Rn

7 0.70 Fr

0.89 Ra **

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Lantánidos * 1.1 La

1.12 Ce

1.13 Pr

1.14 Nd

1.13 Pm

1.17 Sm

1.20 Eu

1.20 Gd

1.20 Tb

1.22 Dy

1.23 Ho

1.24 Er

1.25 Tm

1.10 Yb

1.27 Lu

Actínidos ** 1.10 Ac

1.30 Th

1.50 Pa

1.38 U

1.36 Np

1.28 Pu

1.30 Am

1.30 Cm

1.30 Bk

1.30 Cf

1.30 Es

1.30 Fm

1.30 Md

1.30 No

1.30 Lr

113