DIRECCIN GENERAL DE EDUCACIN TECNOLGICA INDUSTRIALCENTRO DE BACHILLERATO TECNOLGICO industrial y de servicios No. 215COMPONENTE DE FORMACIN BSICA

APUNTES DE QUMICA II DESARROLLO DE TEMAS Y EJERCICIOS PROPUESTOS ALUMNO: ___________________________________________________________________ Grupo y Especialidad: _________________________________________________________

CONTENIDO TEMA Pgina 2 6 10 11 14 23 26 32 45 48 52 58 62 65

1) Nomenclatura qumica inorgnica ..........................................................2) Tipos de reacciones qumicas.................................................................. 3) Qu estudia la Estequiometra? ............................................................ Frmula mnima y proporcin en masa ....................................... Balanceo de ecuaciones.............................................................. Moles, molculas, gramos y litros................................................. 4) Clculos Estequiomtricos de reactivos y productos............................... 5) Soluciones............................................................................................... 6) cidos y Bases........................................................................................ 7) Potencial de hidrgeno (pH)..................................................................... 8) Qumica Orgnica ................................................................................... Glosario.................................................................................................... Anexos..................................................................................................... Bibliografa y fuentes de consulta............................................................

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Compil informacin y desarrollo de temas: Patricia Ruiz Flores Gonzlez

TEMA 1: NOMENCLATURA QUMICA INORGNICALos elementos se dividen en dos grandes grupos: metales y no metales. Adems existen dos elementos que tienen una gran importancia por el nmero de compuestos en que estn presentes, stos son el hidrgeno y el oxgeno. 1) Con base en lo anterior seala qu elementos estn presentes en los siguientes tipos de compuestos. Tipo de compuesto Formado por: xidos no metlicos xidos metlicos Sales binarias Hidrxidos Hidrcidos Oxicidos Oxisales Hidruros 2) Utilizando la informacin que acabas de escribir, escribe ejemplos en tu libreta de cada uno de los tipos de compuestos mencionados y completa la siguiente tabla. Las siguientes tablas, son auxiliares muy tiles. LISTA DE RADICALES ANINICOS COMUNESGrupo III Radical BO2 AlO2 CO3 HCO3 SiO3 CN CON NO2 NO3 PO3 PO4 HPO4 H2PO4 AsO3 AsO4 -1 * * * * * * * * * * * * * * -2 -3 Nombre Borato Aluminato Carbonato Bicarbonato Silicato Cianuro Cianato Nitrito Nitrato Fosfito FosfatoFosfato monohidrgeno

Grupo VIVII (con Br y I dan similares a los del Cl)

*

IV

V

Fosfato dihidrgeno

Arsenito Arseniato

Con metales de transicin

Radical SO3 SO4 S2O3 SCN ClO ClO2 ClO3 ClO4 CrO4 Cr2O7 MnO4 MnO4 Fe(CN)6 Fe(CN)6 ZnO2 MoO4 TiO4

-1

-2 * * *

-3

-4

Nombre Sulfito Sulfato TiosulfatoSulfocianuro o Tiocianato

* * * * * * * * * * * * * *

Hipoclorito Clorito Clorato Perclorato Cromato Dicromato Manganato Permanganato Ferricianuro Ferrocianuro Zincato Molibdato Titanato

ANIONES DE CIDOS QUE NO SE OBTIENEN EN TABLAS DIDCTICAS OCN CN SO3Cl Cr2O7-1 -1 -1 -2 Cianato Cianuro clorosulfato dicromato

ONC BO2 AsO2 SbO2

-1 -1 -1 -1

fulminato metaborato metaarseniato metaantimonito

CS3 P2O7 S2O7 S2O4

-2 -4 -2 -2

tritiocarbonato Pirofosfato o difosfato (IUPAC) pirosulfato o disulfato (IUPAC) hidrosulfito o ditionito (IUPAC) 2

F BF4

-1 -1

fluoruro fluoroborato

SCN S2O3

-1 -2

tiocianato tiosulfato

TABLA DIDCTICA DE CIDOS Complementa los datos faltantes(Tomado de: Ramrez Gmez)

cido clorhdrico cido hipocloroso cido cloroso cido clrico cido perclrico X X cido nitroso cido ntrico X cido telurhdrico X cido telurioso cido telrico X X cido fosforoso cido fosfrico X X X X cido carbnico X

HCl HClO HClO2 HClO3 HClO4

cido bromhdrico cido hipobromoso cido bromoso cido brmico cido perbrmico cido sulfhdrico X cido sulfuroso cido sulfrico X X X X cido crmico X X X cido arsenioso cido arsnico X X X cido silcico X

HBr cido yodoso

HI HIO HIO2 HIO3 HIO4

H2S H2SO3 H2SO4

HNO2

cido selenhdrico X cido selenioso cido selnico X X X X cido mangnico cido permangnico*

H2SeO4

H2TeO3

H2CrO4

H3PO3

H3AsO4

* Es una excepcin. En lugar de sumarle un oxgeno, se le resta un hidrgeno; entonces: H2MnO5 HMnO4INCORRECTO CORRECTO

H2CO3

H2SiO3

X X X cido brico X

H3BO3

CASOS ESPECIALES DE NOMENCLATURA(Tomado de: Ramrez Gmez) SALES CIDAS: CIDO DEL QUE PROVIENEN Sulfrico H(HSO4) Arsnico H(H2AsO4) Arsnico H2(HAsO4) EJEMPLO DE SAL CIDA Al(HSO4)3 CuH2AsO4 CuHAsO4 NOMBRE DE LA SAL Sulfato cido de aluminio Arseniato dicido de cobre I Arseniato cido de cobre II

SALES BSICAS: Al igual que en las sales cidas, si hay un ion (OH) - el nombre del compuesto lleva la palabra bsico y si son dos, ser dibsico. Tambin se podrn dar otros nombres, como en los ejemplos: SrClOH Cloruro bsico de estroncio Cloruro e hidrxido de estroncio Hidrxicloruro de estroncio (recomendado) Fluoruro dibsico de nquel III Dihidroxifluoruro de nquel III Al(OH)SO3 Sulfato bsico de aluminio NiF(OH)2

SALES DOBLES: - Los cationes se colocan y se nombran en orden alfabtico. LiNaCO3 Carbonato de litio y sodio MgNH4PO4 Fosfato de amonio y magnesio3

HIDRUROS NO METLICOS: El hidrgeno estar situado como porcin negativa en las molculas. *Las frmulas normales, tendrn orden invertido porque presentan al hidrgeno como parte positiva. BH3 CH4 SiH4 GeH4 Borano Metano Silano Germano SnH4 NH3 PH4 AsH4 Estatano Azano (amoniaco) Fosfano Arzano SbH4 BiH4 OH2 SH2 Estibano Bismutano Oxidano (agua)* Sulfano* SeH2 TeH2 PoH2 Selano* Telano* Polano*

CIDOS QUE NO SE OBTIENEN EN TABLAS DIDCTICAS: (Nomenclatura no recomendada por la IUPAC, pero de uso generalizado), en todos los nombres deber anteceder la palabra cido. HNCO HCN HSO3Cl H2Cr2O7 HF HBF4Cinico Cianhdrico Clorosulfnico Dicrmico Fluorhdrico Fluorobrico

HONC HBO2 HAsO2 HSbO2 HSCN H2S2O3

fulmnico metabrico metaarsenioso metaantimonios o Tiocinico tiosulfrico

H2CS3 H4P2O7 H2S2O7 H2S2O4

Tiocarbnico o tritiocarbnico (IUPAC) Pirofosfrico o difosfrico (IUPAC) pirosulfrico o disulfrico (IUPAC) hidrosulfuroso o ditionoso (IUPAC)

Un cido al que le llamen orto es el cido normal, al que se llame meta se forma eliminando una molcula de agua al orto; uno llamado holo tendr una molcula de agua ms que el orto (pero no siempre se forma); el cido llamado piro ser el formado por dos molculas de cido orto, eliminando una molcula de agua.

La qumica del estmago En algunas ocasiones despus de comer algunos alimentos, sentimos en el estmago una sensacin que conocemos como acidez. Como imaginars este trmino viene de la palabra cido. Efectivamente, en nuestro estmago hay cido, ste es el HCl ____________________. Para aliviar esa acidez tomamos algunos productos que contienen una sal oxisal, sta es el Na2CO3 _________________________________. Existen adems productos masticables que contienen Al(OH) 3 __________________________________ y Mg(OH) 2 _________________ __________________. Qumica del revelado fotogrfico La fotografa impresa se basa en la reaccin de algunas sustancias a la luz. Es por ello que tanto las pelculas fotogrficas, como las soluciones de revelado fueron seleccionadas mediante criterios qumicos. Por ejemplo, las soluciones reveladoras debe ser capaces de reducir el cloruro de plata _________ o el bromuro de plata ________ a plata metlica. El sulfito de sodio ____________ puede usarse para evitar las manchas en las fotografas, pero desafortunadamente tiene efectos negativos en el revelado. Se intent en un principio utilizar el estanito de sodio ___________ pero reduca el cloruro de plata que no haba sido expuesto a la luz. Actualmente se utilizan complejos compuestos orgnicos para el revelado y fijado de las fotografas.Parte de la informacin para el ltimo prrafo fue tomada de: Qumica de la solucin reveladora, disponible en: http://fotografia.tripod.com/fotografia6.htm. 22 de marzo de 2003.

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TEMA 2: TIPOS DE REACCIONES QUMICASUna reaccin qumica (o cambio qumico) es todo proceso qumico en el que una o ms sustancias (reactivos o reactantes) sufren transformaciones qumicas para convertirse en otra u otras (productos). Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. A la representacin simblica de las reacciones se les llama ecuaciones qumicas. Simbologa Ya hemos hablado de reacciones qumicas, ahora escribe los smbolos que se utilizan en su representacin a travs de la ecuacin qumica: Reaccin reversible Compuesto slido Compuesto que se libera en forma de gas Compuesto que se encuentra en solucin Compuesto que se precipita en el recipiente Reaccin endotrmica (que es necesario calentar) Reaccin exotrmica Clasificacin de reacciones Existen diversos criterios para clasificar las reacciones: En base a la formacin o ruptura de los enlaces moleculares de las sustancias que intervienen en la reaccin; existen cuatro tipos: o Sntesis, composicin o combinacin directa o adicin simple. Donde se unen sustancias simples para formar una sola sustancia compleja. o Anlisis o descomposicin; en donde a partir de una sustancia se obtiene ms de un producto. En qumica, un agente comn de descomposicin es el calor, que puede descomponer tanto los compuestos inorgnicos como los orgnicos. La descomposicin tambin puede producirse por la accin qumica, la catlisis, las bacterias, las enzimas y la luz. La fermentacin, por ejemplo, es causada por la accin de las enzimas. o Simple desplazamiento o simple sustitucin; un elemento desplaza a otro que forma parte de un compuesto. o Doble desplazamiento o doble sustitucin; donde se intercambian cationes y aniones de los diferentes compuestos. Tomando en cuenta la transferencia de energa se distinguen dos tipos: endotrmicas y exotrmicas. Considerando si las sustancias reaccionantes, una vez que se han convertido a productos pueden regresar a su estado original o no; se distinguen las reacciones en reversibles o irreversibles. Otros tipos, considerando las caractersticas particulares de la reaccin: o Fotoqumicas, aquellas que necesitan energa luminosa. o Electrlisis, cuando se da la ruptura de la molcula por efecto de una carga elctrica. o Reacciones de oxidacin-reduccin; o reacciones redox. Aquellas donde transferencia de electrones de un tomo a otro y se observa cambio en los5

nmeros de oxidacin. Aquellas reacciones donde estn presentes especies qumicas que se comportan como agentes oxidantes o como agentes reductores. En la siguiente reaccin, vemos cmo es el comportamiento tpico de este compuesto: S + KMnO4 K2SO4 + MnO2

Analizando el cambio que tienen los elementos en su nmero de oxidacin, define: Agente oxidante: ______________________________________________________________ Agente reductor: _______________________________________________________________ Considerando la reaccin dada como ejemplo, describe en el siguiente espacio, a travs de una recta numrica lo que pasa en la oxidacin y en la reduccin.

La Combustin, es una oxidacin rpida de una sustancia, acompaado de un aumento de calor y frecuentemente de luz. En el caso de los combustibles comunes, es una reaccin qumica con el oxgeno de la atmsfera que lleva a la formacin de dixido de carbono, monxido de carbono y agua, junto con otros productos como dixido de azufre, que proceden de los componentes menores del combustible. El trmino combustin, tambin engloba el concepto de oxidacin en sentido amplio. El agente oxidante puede ser cido ntrico, ciertos percloratos e incluso cloro o flor. Todos los cambios qumicos implican una reagrupacin o reajuste de los electrones en las sustancias que reaccionan; por eso puede decirse que dichos cambios son de carcter elctrico. Para producir una corriente elctrica a partir de una reaccin qumica, es necesario tener un oxidante, es decir, una sustancia que gane electrones fcilmente, y un reductor, es decir, una sustancia que pierda electrones con facilidad. Las reacciones de este tipo se pueden entender bien con un ejemplo, el funcionamiento de un tipo sencillo de pila electroqumica. Al colocar una varilla de cinc en una disolucin diluida de cido sulfrico, el cinc, que es un reductor, se oxida fcilmente, pierde electrones y los iones cinc positivos se liberan en la disolucin, mientras que los electrones libres se quedan en la varilla de cinc. Si se conecta la varilla por medio de un conductor a un electrodo de metal inerte colocado en la disolucin de cido sulfrico, los electrones que estn en este circuito fluirn hacia la disolucin, donde sern atrapados por los iones hidrgeno positivos del cido diluido. La combinacin de iones y electrones produce gas hidrgeno, que aparece como burbujas en la superficie del electrodo. La reaccin de la varilla de cinc y el cido sulfrico produce as una corriente en el circuito externo. Una pila electroqumica de este tipo se conoce como pila primaria o pila voltaica. En la batera de acumuladores, o acumulador (conocida comnmente como pila secundaria), se proporciona energa elctrica desde una fuente exterior, que se almacena en forma de energa qumica. La reaccin qumica de una pila secundaria es reversible, es decir, se produce en un sentido cuando se carga la pila, y en sentido opuesto cuando se6

descarga. Por ello, una pila secundaria puede descargarse una y otra vez.

NOMBREComposicin o sntesis

EXPLICACINDos o ms sustancias se unen para formar un solo producto A partir de una sustancia se obtiene ms de un producto. Un cido reacciona con una base, se forma una sal y desprende agua. Un tomo sustituye a otro en una molcula Se realiza por intercambio de tomos entre las sustancias que se relacionan Se presenta solamente una redistribucin de los elementos para formar otros sustancias. No hay intercambio de electrones. Hay cambio en el nmero de oxidacin de algunos tomos en los reactivos con respecto a los productos. Es aquella que necesita el suministro de calor para llevarse a cabo. Es aquella que desprende calor cuando se produce.

EJEMPLO2CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(ac)

Descomposici n o anlisis

2HgO(s)

2Hg(l)

+

O2(g)

H2SO4 (ac) + 2NaOH(ac)

Na2SO4(ac) +

2H2O(l)

Neutralizacin

Desplazamient o Intercambio o doble desplazamient o

CuSO4

+

Fe

FeSO4

+

Cu

K 2S

+ MgSO4

K2SO4

+

MgS

Sin transferencia de electrones

Reacciones de doble desplazamiento

Con transferencia de electrones (REDOX)

Reacciones de sntesis, descomposicin, desplazamiento

Reaccin endotrmica

2NaH

2Na(s) +

H2(g)

Reaccin exotrmica

2C ( grafito)

+ H2(g)

C2H2 (g)

H=54.8 5 kcal

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Reacciones con cambio de color La capacidad de una sustancia como oxidante o reductora es una parte muy importante de su qumica. Existen pruebas especiales para reconocer esas propiedades, que implican un cambio fcil de observar y en casi todas se observa un cambio notorio de color. Las pruebas ms comunes son las siguientes: Tomado de Lewis y Guy, (1999). p.210-211 Reactivos que se usan para probar los agentes oxidantes Cualquier sustancia que pueda cambiar el color de estos reactivos, como se indica, es un agente oxidante.Reactivos Solucin de sulfato de hierro II FeSO4 verde plido Solucin de yoduro de potasio KI incoloro Solucin de sulfuro de sodio Na2S incoloro Producto Solucin de sulfato de hierro III Fe(SO4)3 amarillo parduzco plido Solucin de Yodo, I2 pardo Suspensin de azufre S8 amarillo plido La oxidacin Hierro II Fe+2 (ac)

Hierro III Fe+3 (ac) Yodo (0) I2 (ac) Azufre (0) S8 (s)

Yoduro (-1) 2I-1 (ac)

Sulfuro (-2) 8S-2 (ac)

Reactivos que se usan para probar los agentes reductores Cualquier sustancia que pueda causar uno de los dos cambios de color descritos en la siguiente tabla, ocasiona una reduccin y por tanto se considera agente reductor.Reactivos Permanganato (VII) de potasio en una solucin de cido sulfrico KMnO4 prpura Dicromato (VI) de potasio en una solucin de cido sulfrico diluido anaranjado Producto Sulfato de manganeso (II) en solucin MnSO4 incoloro Sulfato de cromo (III) en solucin Cr2(SO4)3 verde Dicromato (VI) Cr2O7-2 (ac)

La reduccin Permanganato (VII) MnO-4 (ac)

Manganeso (II) Mn+2 (ac)

(Ver lectura ms abajo)

Cromo (III) Cr+3 (ac)

Algunos elementos y compuestos que se comportan como agentes reductores: Potasio, sodio, calcio, magnesio, aluminio, zinc, hidrgeno, carbono; monxido de carbono, cido sulfhdrico, dixido de azufre. Algunos elementos y compuestos que se comportan como agentes oxidantes: Oxgeno, cloro, bromo, yodo, azufre, permanganato de potasio, dicromato de potasio, cido sulfrico.

Ejemplo de un agente oxidanteEl permanganato de potasio (KMnO4) es un compuesto qumico formado por iones potasio (K+) y permanganato (MnO4). Es un fuerte agente oxidante. Tanto como slido como en solucin acuosa presenta un color violeta intenso. El permanganato de potasio fue descubierto en 1659. Usos. Es utilizado como agente oxidante en muchas reacciones qumicas en el laboratorio y la industria. Tambin se utiliza como desinfectante y en desodorizantes. Se utiliza para tratar algunas enfermedades parasitarias de los peces, as como en el tratamiento del agua potable, y como antdoto en los casos de envenenamiento por fsforo. En frica, mucha gente lo usa para remojar vegetales con el fin de neutralizar cualquier bacteria que est presente. Puede ser usado como reactivo en la sntesis de muchos8

compuestos qumicos. Por ejemplo, una solucin diluida de permanganato puede convertir un compuesto orgnico con un doble enlace de carbono en un diol. Soluciones ms fuertes pueden oxidar un grupo metilo en un anillo aromtico en un grupo carboxilo. En qumica analtica, una solucin acuosa estandarizada se utiliza con frecuencia como titulante oxidante en titulaciones redox debido a su intenso color violeta. El permanganato violeta se reduce al catin Mn+2, de color rosado plido, en soluciones cidas. En soluciones neutras, el permanganato slo se reduce a MnO2, un precipitado marrn en el cual el manganeso tiene su estado de oxidacin +4. En soluciones alcalinas, se reduce a su estado +6, dando K2MnO4. Soluciones diludas se utilizan como enjuague bucal (0,25 %), desinfectante para las manos (alrededor del 1 %). Se utiliza como reactivo para determinar el nmero Kappa de la pulpa de madera. Precauciones. El KMnO4 slido es un oxidante muy fuerte, que mezclado con glicerina pura provocar una reaccin fuertemente exotrmica. Reacciones de este tipo ocurren al mezclar KMnO 4 slido con muchos materiales orgnicos. Sus soluciones acuosas son bastante menos peligrosas, especialmente al estar diludas. Mezclando KMnO4 slido con cido sulfrico concentrado forma Mn2O7 que provoca una explosin. La mezcla del permanganato slido con cido clorhdrico concentrado genera el peligroso gas cloro. El permanganato mancha la piel y la ropa (al reducirse a MnO 2) y debera por lo tanto manejarse con cuidado. Las manchas en la ropa se pueden lavar con cido actico. Las manchas en la piel desaparecen dentro de las primeras 48 horas. Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Permanganato_de_potasio". 25 de enero 2007.

Reforzando Conocimientos1) Investiga tres reacciones de diferente tipo, explicando qu es lo que ocurre y empleando la simbologa adecuada. Escribe tu investigacin en el cuaderno y comntalas con tus compaeros. Al trmino, por equipo, expongan ante el grupo una de las reacciones con todo lo que hayan logrado averiguar. 2) En las siguientes reacciones, observa lo que ocurre y anota tu conclusin en el espacio a la derecha. Requieres verificar el lugar que ocupan los elementos antes y despus de la reaccin. Tipo de reaccin Ecuacin qumica Qu ocurre?

N2 + 2O2

2NO 2

2H2O

2H2 + O2

6HCl + 2Al

2AlCl3 + 3H2

Ca(OH)2 + HI

CaI2 + 2H2O

3) Enseguida se encuentra un juego de lgica, preparado para que observes cmo se obtienen en laboratorio los diferentes tipos de compuestos qumicos inorgnicos. Ser necesario seguir las pistas para que puedas determinar cmo ocurrieron esas reacciones y llegues a la solucin que se solicita al final del ejercicio.9

Qu reaccin hizo cada alumno y qu obtuvo? Cuatro alumnos de qumica, entraron al laboratorio para verificar las reacciones caractersticas de los compuestos inorgnicos; descubre quin hizo cada reaccin, qu sustancias emple y qu productos obtuvo. Indicaciones: En cada rectngulo de la figura coloque una X para una pista negativa (tal persona no hizo esto, tal reactivo no reacciona con aquello), y en cambio coloque una O para una pista positiva, es decir, para las correspondencias reales. Pistas para su solucin:1.- Los anhdridos al reaccionar con agua, producen cidos cuyo nombre termina con oso o ico. 2.- En cambio los xidos producen hidrxidos. 3.- Un metal activo puede desplazar a los hidrgenos de un cido as: HF + Na NaF + H2 4.- Ni Sara, ni Mario ocuparon un metal para su reaccin. 5.- Iris ocup agua para su reaccin. 6.- Ana obtuvo un gas que se escapaba como burbujas. 7.- Mario en cambio obtuvo agua como producto. 8.- El que obtuvo el hidrxido emple agua, al igual que Iris.Reactivo que aadeNaO H

Producto que obtieneOxis al + agua Hidr xido Halu ro +

Persona que hace la reaccinAna Iris Mari o Sara

H2 OCompuesto orgnico inicial

Zn

H2 O

H2

Oxicid o

Persona que efecta la reaccin Productos que obtiene

SO3 CaO HCl H3PO4 Ana Iris Mario SaraOxisal + agua Hidrxido Haluro + oxicido oxicido

PERSONA

REACTIVOS QUE EMPLE

PRODUCTOS QUE OBTUVO

TEMA 3: QU ESTUDIA LA ESTEQUIOMETRA?Estequiometra. Del griego stoicheion (constituyente prinicipal) y metrein (medir). Es la parte de la qumica que se ocupa del estudio de las relaciones en peso entre las sustancias que participan en una reaccin qumica. 3.2. Balanceo de ecuaciones10

Para comprender, por qu es necesario balancear una ecuacin, debemos recordar la Ley de la Conservacin de la Materia. Lo que nos interesa en este momento es saber representar una ecuacin qumica que, teniendo correctamente escritas las frmulas para los compuestos y elementos que participan, falta conocer cunto de cada sustancia estar presente en la reaccin. Es decir, nos interesa obtener ecuaciones balanceadas y para eso estudiaremos tres mtodos. Aqu est el primero de ellos: 1) Mtodo por tanteo Consiste en contar el nmero de tomos de cada elemento en reactivos y en productos; y cuando no coincidan estos nmeros, colocar coeficientes para las frmulas segn se considere que permite igualar la cantidad de cada elemento en reactivos y productos. No se modifican las frmulas presentes (no se colocan subndices) y conviene hacer el conteo verificando cada vez cunto resulta de multiplicar los subndices por los coeficientes. Balancear por el mtodo de tanteo las siguientes ecuaciones, e indicar en cada caso el nombre de las sustancias que intervienen, as como el tipo o modelo de reaccin. a) b) c) d) e) f) H2O Al Ba + + + N2O5 O2 H2O Fe2(SO4)3 + Na2CO3 + Na2SO4 KClO3 BaSO4 HNO3 AlO3 Ba(OH)2 CaSO4 + + FeCl3 + CO2 + KCl H2

CaCl2 + MnO2 BaCl2 +

NaMnO4 + NaCl

2) Mtodo redox En una reaccin, si un elemento se oxida, tambin debe existir un elemento que se reduce. Una reaccin xido-reduccin no es otra cosa que una prdida y ganancia de electrones. Es decir, desprendimiento y absorcin de energa (presencia de luz, calor, electricidad, etc.). Para balancear una reaccin por este mtodo, se deben considerar lo siguiente: Lo primero a hacer, es determinar el nmero de oxidacin de los diferentes compuestos que existen en la ecuacin. Para hacer esto, se tomar en cuenta que: a) En una frmula siempre existen en la misma cantidad, los nmeros de oxidacin positivos y negativos. b) El hidrgeno casi siempre trabaja con +1, a excepcin de cuando forma hidruros, pues entonces trabaja con -1. c) El oxgeno casi siempre trabaja con -2. d) Todo elemento que se encuentre solo, no unido a otro, tiene nmero de oxidacin 0. Una vez determinados los nmeros de oxidacin, se analiza elemento por elemento, comparando el primer miembro de la ecuacin con el segundo para ver qu elemento cambia en su nmero de oxidacin. El objetivo de balancear por redox (xido-reduccin) es calcular el total de electrones que se pierden y que se ganan en la reaccin, para buscar la forma de igualarlos. Esto es; si se perdieran 5 electrones y se ganaran slo 2, no estaramos respetando la ley de la conservacin. Por lo tanto, habr que buscar cmo obtener un mnimo comn mltiplo e igualar electrones perdidos y ganados.11

Lo anterior podemos verlo as: El elemento que se oxida, pierde 5 electrones El elemento que se reduce, gana 2 electrones Ser necesario multiplicar cruzado en esta ocasin 5e2eLa forma de obtener el mismo nmero es igualar a 10e-

5e- x 2 = 10 e- perdidos 2e- x 5 = 10 e- ganados

En el balanceo, los nmeros que nos permiten igualar el nmero de electrones ganados y perdidos, sern utilizados como coeficientes dentro de la ecuacin, a colocarse en la frmula donde se encuentre el elemento que gana y el elemento que pierde electrones, segn corresponda. Una observacin til, es que los elementos que tienen ms de un nmero de oxidacin, son los que regularmente cambian (se oxidan o reducen) en las reacciones de este tipo. Por ejemplo:1, 2 2, 3 1, 3, 5 2, 4, 6 2, 4 3, 5 2, 3, 4, 5 2, 3, 4, 5, 6, 7

Cu

Fe

Cl

S

C

Bi

N

Mn

Tambin puedes observar que cambian los elementos que de un lado de la flecha se encuentran solos (en su estado elemental), y del otro lado de la flecha estn formando compuestos. Balancea tambin por el mtodo redox, las siguientes ecuaciones: a) b) c) d) e) f) g) h) KClO3 Al CuSO4 FeCl3 KMnO4 KI + + + KCl HCl + + KCl H2SO4 + HNO3 HCl Al SnCl2 + H2SO4 K2SO4 + O2 AlCl3 + H2 Al2 (SO4) 3 FeCl2 MnSO4 + KCl Zn(NO3) 2 I2 + + + + + K2SO4 + CrCl3 N2O H2S + + Cu SnCl4 + Cl2 + + H2O H2O

K2Cr2O7 Zn +

H2O + Cl2 H2O

3) Mtodo algebrico Nos permite balancear una ecuacin relativamente complicada. Se efecta por medio de los siguientes pasos: 1.- Poner letras distintas a modo de coeficientes en cada frmula de compuesto o elemento que estn presentes en la ecuacin. 2.- Plantear una ecuacin para cada elemento. 3.- Ver qu letra (de las que se pusieron como coeficientes) se repite ms y darle un valor. 4.- Resolver las ecuaciones. 5.- Si al obtener el valor de las variables (letras que se pusieron como coeficientes) se obtienen nmeros fraccionarios; se puede multiplicar por algn nmero toda la ecuacin para lograr12

coeficientes que sean nmeros enteros. 6.- Cuando no es posible la solucin; slo podr hacerse el balanceo por tanteo. Resolver las siguientes ecuaciones por el mtodo algebrico: a) b) c) d) Ca3(PO4) 2 KMnO4 H3BO3 KI + + + + HCl Na2CO3 H2SO4 SiO2 + C MnCl2 + CaSiO3 KCl + + I2 + H2O + + P4 H2O + H2S + + CO2 + H2O CO Cl2

Na2B4O7 K2SO4

3.3. Moles, molculas, gramos y litrosT puedes medir a una sustancia en volumen (ml o lt), o bien pesndola (gr o Kg). Nos puede interesar conocer cunto hay de alguna sustancia, por varios motivos: 1. Queremos saber cunto de ella vamos a aadir a una reaccin, para poder obtener determinada cantidad de producto. 2. Si esa sustancia es el producto de alguna reaccin, queremos saber cunto se obtuvo, a partir de una cantidad de reactivo determinada. 3. O bien, nos interesa diluir esa sustancia, pero queremos saber qu cantidad de solvente aadir y a qu concentracin quedar esa dilucin. Ahora unas preguntas es diferente hablar de 15 mililitros de etanol (alcohol) y 15 mililitros de agua, o son la misma cantidad? Ser lo mismo 100 gramos de azcar que 100 gramos de sal? Bueno, en volumen 15 ml de alcohol o 15 ml de agua, son lo mismo, pero como no tienen el mismo tipo de tomos, ni la misma cantidad de tomos; entonces no son lo mismo hablando de masa. La frmula molecular del agua es H2O, mientras que la del etanol es C2H5OH. La masa de los tomos es la cantidad de materia que en la tabla peridica aparece como masa atmica. La forma en que nos es posible medir la masa, es a travs del peso que se obtiene al usar una bscula. Luego, si tenemos 100 gramos de azcar y 100 gramos de sal, tendremos para un mismo peso, diferente cantidad de molculas de cada sustancia. Esto se entiende mejor recordando los conceptos de molcula, frmula molecular, masa atmica y masa molecular. Un ejemplo puede poner esto ms claro. El propsito es saber cmo vamos a relacionar la masa que corresponde a cada sustancia (masa molecular), con la cantidad que podemos pesar o medir en mililitros o litros. Esta relacin es llamada mol (ms propiamente mol-gramo). mol es la masa de cualquier molcula expresada en gramos. Digamos que queremos conocer cuantos gramos representan un mol de agua. Necesitamos la frmula del agua: H2O Ahora, la masa de la molcula, sabemos que se calcula sumando las masas de todos los tomos presentes (dos de hidrgeno y uno de oxgeno). As:13

MM H2O = 2(1) + 16 = 18 18 qu?, seran 18 unidades de masa atmica segn la tabla peridica, pero lo queremos en unidades que podamos medir y para eso est el concepto de mol. 1 mol de H2O, es igual a 18 gr. En otras palabras, un mol de agua tiene 18 gramos (ms propiamente le llamaramos mol-gr), as como dos moles sern el doble de esa cantidad, tres moles sern el triple Ahora, volvamos a lo que decamos de los 100 gramos de sal y 100 gramos de azcar. Como su masa molecular es distinta, entonces tendremos diferente cantidad de moles, aunque sea la misma cantidad en peso de sustancia. Y es que, podramos hacer la reflexin que no es lo mismo moles de sal que moles de azcar. Para conocer cuntos moles hay de una sustancia, para una cantidad conocida en gramos; se puede aplicar la siguiente frmula: Masa n = -------------------------Masa Molecular Por el concepto que estamos manejando, que es mol-gramo, la masa disponible estar en gramos. Donde n ser el nmero de moles de la sustancia, existentes en esa cantidad de gramos. As tambin podramos, a partir de un nmero de moles conocido, calcular los gramos de sustancia que tenemos. Cuando queramos conocer cuntos moles hay de una sustancia de la cual se tiene la cantidad en mililitros (porque hay casos en que es ms fcil medir en volumen que pesar), entonces tendremos primero que obtener su masa y esto no necesariamente es pesndola, sino a travs de un clculo muy simple, cuando se tiene el dato de su densidad. La densidad es una propiedad que relaciona al volumen con la masa de la sustancia, es la que nos hace suponer que algo es ms liviano o ms pesado. Su frmula es sta: masa Densidad = ----------volumen Por ejemplo, tenemos que el agua tiene una densidad de 1 gr por cada ml, y se escribe: 1 gr/ml. Un aceite, puede tener la densidad de 0.92 gr/ml

As, cuando midamos el volumen en mililitros de alguna sustancia, podremos calcular su masa despejando la frmula anterior, as: masa = densidad (volumen) que tambin se puede escribir as: m = dV

El mol tambin tiene relacin con el nmero de molculas y el volumen de un gas. Esto fue determinado por Amadeo Avogadro quien fue capaz de deducir que los gases se encuentran como molculas diatmicas (ubica en la tabla peridica cules son los elementos que tienen molculas de dos tomos). Avogadro dedujo adems, que a las mismas condiciones de temperatura y presin, el mismo nmero de molculas de gases diferentes ocupan el mismo volumen. En condiciones normales de temperatura y presin (que se puede decir CNTP y que se tiene establecido a 25C y 1 atmsfera de presin), un mol de gas ocupa un volumen que es llamado volumen molar gramo:14

V.M.G. = 22.4 litros En ese volumen y a esas condiciones normales se defini lo que se conoce como nmero de Avogadro, que implica para cualquier sustancia el nmero de molculas que existen en un mol: 1 Mol de sustancia = 6.022 X 1023 molculas El nmero de Avogadro nos indica que si tenemos 2 gases (en distintos recipientes) con la misma temperatura, presin y volumen, el nmero de molculas ser el mismo. Por ejemplo: - Un mol de molculas de oxgeno pesa 16 gr y tiene 6.022 X 1023 molculas - Un mol de molculas de agua, pesa 18 gr y tiene 6.022 X 10 23 molculas, pero tambin tiene 6.023 X 1023 tomos de oxgeno y el doble de esa cantidad, de tomos de hidrgeno. Es posible, por tanto, calcular la masa para un nmero de tomos o molculas conocido, nmero de molculas en un volumen o peso dado, o cualquier otra relacin, aplicando slo el despeje de las frmulas ya utilizadas. a) Cuntos tomos hay en 170 gramos de hierro? Masa atmica del hierro= 55,845. b) Cuntos gramos pesa un tomo de oxgeno? Masa atmica del oxgeno = 15,9994g/mol. c) De qu gas se trata, cuando tenemos 63 litros que pesan 200 gr, considerando por supuesto condiciones normales y que la molcula es diatmica. d) Si se tiene una muestra de 4.6 X 1025 tomos de Fe, a cuntos moles equivalen y cunto pesa la muestra? e) Si se tienen 45.5 X 1023 molculas de agua en estado gaseoso, cuntos moles de vapor de agua estn presentes? f) Si se tienen 3.8 litros de N2, cuntos gramos pesa este gas y cuntas molculas estn contenidas en l? El concepto de mol, dentro de una ecuacin qumica 2Na + 2HCl > 2NaCl + H2

2 moles de Na y 2 moles de HCl para obtener 2 moles de NaCl y 1 de H2. O tambin, dos tomos de sodio chocan con dos molculas de cido clorhdrico para dar dos molculas de cloruro sdico y una molcula de hidrgeno.

Lo que dice la ecuacin es que necesitamos exactamente 46 (23 x 2) gramos de sodio y 72 (36 x 2) gramos de cido clorhdrico para producir 116 (58 x 2) gramos de sal y 2 gramos de hidrgeno. Sin que sobre nada. Por lo tanto, sin malgastar nada, que es el principal principio de una empresa que quiera ganar dinero.

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TEMA 4. CLCULOS ESTEQUIOMTRICOS DE REACTIVOS Y PRODUCTOS Lo ms comn a resolver, es que se tenga como problema, calcular la cantidad de producto que se obtiene o la cantidad de reactivo que se necesita para llevar a cabo una reaccin. Entonces ser necesario: 1) Escribir la ecuacin balanceada. sta nos indicar cuntos moles de cada sustancia participan en la reaccin terica (la que est descrita por la ecuacin). Hay que recordar que en la ecuacin balanceada se obtienen coeficientes que indican el nmero de moles requeridos (de reactivos), y cuntos moles de cada sustancia se obtienen (productos). 2) Distinguir en los datos si se conoce la masa, moles o volumen disponible para proceder al clculo de gramos o moles, segn convenga. 3) Enseguida, hay que hacer como en esos problemas donde te plantean Si una casa es construida por 10 personas en 10 das, (equivalencia); cuntas casas construyen 100 personas en el mismo tiempo? Pues eso es establecer una regla de tres; de donde ahora ser necesario despejar el valor desconocido. Los datos que constituyen una equivalencia, se obtienen de la ecuacin. 4) Comentar el resultado. Este es un paso valioso para aclarar cmo hicimos el clculo o para que el valor numrico obtenido nos diga exactamente a qu se refiere. 5) Ser importante distinguir en nuestros planteamientos, si los reactivos se encuentran en cantidades limitantes o en exceso, para proceder correctamente a los clculos. Ejercicios para resolver: a) Cuntos gramos de cido brico se pueden obtener a partir de 600 gramos de anhdrido brico? B2O3 + H2O H3BO3 b) Cuntos gramos de nitrgeno y de hidrgeno se necesitan para obtener 150 gr de amoniaco? N2 + H2 NH3 c) Cuntos gramos de zinc y cuntos de cido clorhdrico se necesitan para obtener 205 gr de cloruro de zinc? Zn + HCl ZnCl2 + H2

d) Cuntos gramos de hierro y de cido sulfrico se necesitan para obtener 100 gramos de sulfato de hierro II? Fe + H2SO4 FeSO4 + H2

e) Cuntos litros de cloro se pueden obtener por el mtodo de Sheele en condiciones ideales, a partir de 800 gr de cido clorhdrico? HCl + MnO2 MnCl2 + H2O + Cl2

f) Cuntos litros de oxgeno en CNPT se necesitan para obtener 80 gr de pentxido de difsforo? P4 + O2 P2O5 g) Cuntos litros de bixido de carbono se obtienen en condiciones normales a partir de 250 gr de carbonato de calcio?

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CaCO3

CaO

+

CO2

h) Cuntos litros de oxgeno se obtienen en condiciones normales a partir de 100 gr de perxido de hidrgeno? H2O2 i) H2O + O2

Cunto aluminio se transforma en xido de aluminio al reducir el dixido de titanio a Ti? Cuntos gramos de titanio pueden producirse si se consumen 3.5 gr de Aluminio? Al + TiO2 Al2O3 + Ti

j)

Calcular la masa de cloruro de sodio que producirn 30 litros de cido clorhdrico al reaccionar con cido sulfrico. NaCl + H2SO4 NaHSO4 + HCl

k) Cuntos gramos de cloruro de bario se pueden obtener si tenemos 100 gr de cido clorhdrico y suficiente hidrxido de bario? HCl + Ba(OH)2 BaCl2 + H2O

Conforme la reaccin anterior, cunto hidrxido de bario se necesita para que reaccionen los 100 gr de cido clorhdrico? Cuntos moles de agua se obtienen si hacemos reaccionar 171 gr de hidrxido de bario (con suficiente cido clorhdrico)? l) Ponemos a reaccionar 50 gr de bisulfuro de carbono con 8 moles de cloro. Cul es el reactivo limitante y cul est en exceso?, cuntos gramos de tetracloruro de carbono surgen? CS2 + Cl2 CCl4 + SCl2

De acuerdo a estos ltimos ejercicios, define: Reactivo en exceso: ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ Reactivo limitante: ____________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________

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TEMA 5. SOLUCIONES. Creste que aqu venan los ejercicios resueltos?... Pues no. Porque este tema habla de un tipo de mezclas homogneas que es muy comn utilizarse en qumica. Las soluciones o disoluciones, son mezclas donde hay un solvente y un soluto. Ser una mezcla homognea siempre y cuando el soluto se disuelva por completo. Una cosa, que a muchos puede resultar lgico es que el solvente estar siempre en mayor proporcin que el soluto.CLASIFICACION DE LAS DISOLUCIONES POR SU ESTADO DE AGREGACIN SLIDAS Slido en slido: zinc en estao (Latn). Gas en slido: Hidrgeno en paladio. Lquido en slido: Mercurio en plata (amalgama). Lquido en Lquido: Alcohol en agua Slido en lquido: Sal en agua Gas en lquido: Oxgeno en agua

LQUIDAS

GASEOSAS Gas en gas: Oxgeno en nitrgeno. POR SU CONCENTRACIN DISOLUCION NO-SATURADA; es aquella en donde la fase dispersa y la dispersante no estn en equilibrio a una temperatura dada; es decir, ellas pueden admitir ms soluto hasta alcanzar su grado de saturacin. Ej: a 0 C 100 g de agua disuelven 37,5 NaCl, es decir, a la temperatura dada, una disolucin que contengan 20g NaCl en 100g de agua, es no saturada. DISOLUCION SATURADA: en estas disoluciones hay un equilibrio entre la fase dispersa y el medio dispersante, ya que a la temperatura que se tome en consideracin, el solvente no es capaz de disolver ms soluto. Ej una disolucin acuosa saturada de NaCl es aquella que contiene 37,5 disueltos en 100 g de agua 0 C . DISOLUCION SOBRE SATURADA: representan un tipo de disolucin inestable, ya que presenta disuelto ms soluto que el permitido para la temperatura dada. Para preparar este tipo de disoluciones se agrega soluto en exceso, a elevada temperatura y luego se enfra el sistema lentamente. Estas soluciones son inestables, ya que al aadir un cristal muy pequeo del soluto, el exceso existente precipita; de igual manera sucede con un cambio brusco de temperatura.

La mayor parte de los procesos qumicos que se realizan en un laboratorio, no se hacen con sustancias puras, sino con disoluciones, y generalmente acuosas. Adems, es en la fase lquida y en la gaseosa, en las que las reacciones transcurren a ms velocidad. Por lo tanto, ser muy importante saber preparar disoluciones, para despus poder trabajar con ellas. Como dijimos, un solvente muy utilizado es el agua. En agua se disuelven muchas sustancias inorgnicas y tambin algunas orgnicas; pero puede utilizarse algn otro solvente, segn el caso. Sin embargo, hacer una solucin no es mezclar y ya. Cierto, hay una clasificacin de soluciones que te dice slo si se encuentra diluida, saturada o sobresaturada (como ves en las tablas). Pero Si lo que queremos es saber con la mayor exactitud posible cunto soluto hay en una solucin; entonces tenemos dos formas de hablar de la concentracin de esa solucin: por medio de unidades fsicas o por medio de unidades qumicas. Antes de estudiar los clculos de estas unidades, pensemos un poco. Para preparar una solucin a una concentracin determinada, debemos afianzar los conceptos de masa, volumen, densidad y mol.18

Enseguida debemos medir con precisin masa y volumen. Para esto, contamos con instrumental de laboratorio como el que se encuentra a continuacin:

Las disoluciones se preparan en recipientes especficos para ello: Los matraces aforados.

Los vasos de precipitados tienen muchos usos; entre ellos estn, la disolucin previa y la medicin aproximada de volumen.

Para medidas ms exactas de volmenes, se utilizan probetas, pipetas y buretas. Es bueno observar que a menor dimetro del instrumental, menor el error en la medicin. Adems, es necesario considerar que para su uso correcto, se debe enrasar con el menisco inferior.

Enseguida, aprenderemos a realizar los clculos para obtener la concentracin de una solucin a partir de los datos con que se cuenta; o bien, para prepararla considerando los siguientes tipos de unidades: % en masa/masa, (tambin puede ser nombrada como % en peso) % en volumen (masa/volumen) % volumen/volumen Partes por milln Molaridad Molalidad Normalidad Fraccin Mol

Unidades Fsicas

Unidades Qumicas

Unidades Fsicas. Son ideales para preparar soluciones de concentracin conocida, de modo que se mida el soluto en masa (peso) o volumen, segn convenga. Unidades Qumicas. En su clculo debemos considerar qu sustancia es el soluto y requerimos su frmula qumica, puesto que la cantidad de soluto est expresada en moles o equivalentes qumicos. Tal como veremos en cada una de las unidades a continuacin. Veamos cada una. Pero antes recuerda lo que es soluto. Listo? Aqu vamos:

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Una vez que ya sabemos cmo realizar los clculos de las diferentes formas de expresar la concentracin en una disolucin; tambin habremos de considerar que para preparar una disolucin se puede partir de: a) Un soluto puro. b) Un soluto impuro. c) Una sal hidratada. d) De otra disolucin (cuando se parte de una disolucin, sta debe tener una concentracin mayor que la disolucin que se desea preparar y el proceso se denomina dilucin). Si consideramos la pureza a) Cmo prepararamos 5 lt de solucin 2 N de HCl concentrado (con d = 1.19 gr/ml y pureza del 42%) b) Determinar la cantidad de cloruro de magnesio (MgCl2) que se necesita para preparar 250 cm3 de disolucin de MgCl2 (MM= 95 gr/mol), con una concentracin de 0,2 mol/l; partiendo de que esa sal se encuentra con el 90% de pureza. EntoncesEs posible diluir una solucin, para obtener otra de concentracin conocida? Diluir es bajar la concentracin, y se logra agregando ms solvente. Se puede por ejemplo calcular con una relacin muy sencilla (aplicable tanto a molaridad como a normalidad): V1M1 = V2M2 V1N1 = V2N2 Ejercicios: a) Calcular el nmero de ml de una solucin patrn de cloruro de sodio al 3.5 molar, que se necesita para obtener 300 ml de NaCl al 1.5 M. b) Cul ser la normalidad de una disolucin obtenida al diluir 100 ml de cido clorhdrico 12 N hasta un volumen de un litro? La verdadera importancia del tema de soluciones, no slo es aprender a expresar la concentracin de diversas formas; sino que los conceptos se aplican en el anlisis cuantitativo. Esto es, con frmulas como: V1N1 = V2N2 es posible valorar (cuantificar) la concentracin desconocida de una solucin, a partir de otra, de la cual s conocemos su concentracin. Aplica la frmula que se acaba de mencionar para calcular la normalidad de una solucin de cido clorhdrico, del cual se tom una muestra de 30 ml y se ocuparon 35 ml de hidrxido de sodio 1.2 N para su titulacin. (En el siguiente tema hablaremos un poco sobre lo que es la titulacin cido-base).

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TEMA 6. CIDOS Y BASES En este tema, nos proponemos entender varios conceptos que nos permiten distinguir a dos tipos de compuestos en particular. Las sustancias denominadas cidos y las bases (a stas tambin se les puede conocer como hidrxidos o lcalis). Se puede definir como cido toda sustancia capaz de transferir iones H+ a una base, mientras que base ser toda aquella sustancia capaz de aceptar esos protones. Cuando estas sustancias se ponen en contacto, se lleva a cabo una neutralizacin, dando como resultado una sal y agua. Completa las siguientes reacciones de neutralizacin: a) KOH + HCl

b) H2SO4 + Fe(OH)2c) Ca(OH)2 + H2SO4 En el laboratorio, se realiza la llamada Titulacin cido-Base que no es otra cosa ms que una neutralizacin en donde se valora (cuantifica) la concentracin de una solucin (de cido o de base). Por ejemplo, si queremos determinar la concentracin de una disolucin de HCl, se puede utilizar NaOH de concentracin conocida. Lo que debe hacerse es medir cuidadosamente los volmenes de las soluciones del cido y de la base, que se neutralizan exactamente. Se llena una bureta con la solucin de NaOH y se enrasa para registrar un volumen inicial exacto. Se mide un determinado volumen de HCl y se vaca en un matraz Erlenmeyer; y se aaden 2 gotas de fenolftalena que es un indicador del punto de neutralizacin. En la pgina siguiente se encuentra una tabla referente a indicadores cido-base. Se coloca el matraz bajo la bureta, tal como se observa en la figura y se deja caer NaOH, agitando el matraz con una mano y manejando la llave con la otra, hasta que la disolucin se vuelva violeta. La reaccin que tiene lugar es: Una primera operacin indicar, aproximadamente, cunto se gasta. Lo mejor es repetir todo el proceso para ir aadiendo el NaOH con mayor cuidado y gota o gota, evitar que se agregue en exceso. Entonces, conociendo con la mayor precisin posible el volumen gastado del hidrxido, se podr emplear la siguiente frmula para calcular la concentracin de HCl. VcidoNcido = VbaseNbase En qumica analtica, la precisin es muy importante y detalles como el enrasado y la repeticin del proceso para obtener una media de los volmenes gastados, suele ser importante.

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La estequiometra de la reaccin nos indica que, por cada equivalente qumico de NaOH, se neutraliza un equivalente qumico de HCl. De ah la utilidad de las soluciones cuya concentracin se expresa en eq/lt (solucin Normal). En este caso, el peso equivalente es igual a la masa molecular, tanto para HCl como para NaOH; as que podemos tambin manejarlo como Molaridad. Y de hecho, cuando se maneja Molaridad en lugar de Normalidad, lo que debemos tener en cuenta es el nmero de moles que se encuentran presentes en el volumen de solucin empleado para neutralizar. Respecto de lo comentado sobre la titulacin cido-base; responde: Qu contiene el matraz, una vez finalizada la valoracin?.Qu pH tiene?. ____________________________________________________________________________ Qu significa el trmino enrasar?. ____________________________________________________________________________

Qu es el papel del indicador?.____________________________________________________________________________ En la valoracin de 20 ml de hidrxido de sodio con cido sulfrico 0,1 M, se consumieron 30 ml de la disolucin del cido. Cul es la concentracin de la base?.

INDICADORES Son colorantes orgnicos que tienen un color en medio cido y otro en medio alcalino. Sirven tambin para determinar con aproximacin el pH de una solucin; segn se especifica a continuacin. Indicador Violeta de metilo Naranja de metilo Azul de bromofenol Verde de bromocresol Rojo de metilo Para-nitrofenol Prpura de bromocresol Azul de bromotimol Rojo de fenol Prpura de meta-cresol Fenolftalena Amarillo de alizarina Carmn de ndiga Intervalo de pH 0.2 2.0 3.0 4.4 3.0 4.6 3.8 5.4 4.4 6.2 5.0 7.0 5.2 6.8 6.0 7.6 6.4 8.2 7.6 9.2 8.2 10.0 10.1 11.1 12 - 14 Cambio de color Amarillo a violeta Rojo a amarillo Amarillo a prpura Amarillo a azul Rojo a amarillo Incoloro a amarillo Amarillo a prpura Amarillo a azul Amarillo a rojo Amarillo a prpura Incoloro a rojo Amarillo a lila Azul a amarillo

Tomado de Ocampo y otros (1990), p. 78.22

Disociacin de cidos y bases Segn la teora de Arrhenius, cuando los cidos entran en contacto con el agua, los iones se separan. Por ejemplo, el cloruro de hidrgeno (o cido clorhdrico) se disociar en iones hidrgeno y cloro (HCL-- H+ + CL-). Las bases tambin se disocian en sus iones cuando entran en contacto con el agua. Cuando el hidrxido de sodio entra en el agua se separar en iones de sodio e hidroxilo (NaOH-- Na+ + OH-). Brnsted-Louwry sugieren que cuando una sustancia cida se mezcla con agua, le ceder a sta un protn. El agua se volver entonces cida. El nmero de protones que el agua recibir determina el pH. Cuando una sustancia bsica entra en contacto con el agua captar protones. Esto bajar el pH del agua. Cuando una sustancia es fuertemente cida ceder ms protones al agua. Las bases fuertes cedern ms iones hidroxilo.

Para entender un poco mejor lo que ocurre en las experiencias de laboratorio, y lo que nos dice la teora; observa la siguiente tabla.Hechos Los cidos se disuelven en el agua para dar soluciones con pH menor que siete. La solucin vuelve rojos el tornasol y el indicador universal. Los lcalis se disuelven en el agua para dar soluciones con un pH mayor a siete. Las soluciones vuelven azul el tornasol y el indicador universal. Las bases neutralizan a los cidos. Los xidos metlicos, los hidrxidos metlicos y los carbonatos metlicos son bases comunes. La mayora de ellos no se disuelven en el agua. Llamamos lcalis a las bases que s se disuelven en agua. El producto de una neutralizacin entre un cido y una base se llama sal. Teora Las partculas cidas son donadores de protones. Ceden protones a las molculas de agua para formar iones hidronio, H3O+(ac) Las soluciones alcalinas contienen molculas de agua desprotonada, llamadas iones hidrxido OH-(ac)

Las partculas bsicas son aceptoras de protones. Pueden aceptar protones de los iones hidronio. Como resultado se producen molculas neutras de agua. Los iones que permanecen en la solucin despus de la neutralizacin pueden reunirse (despus de la evaporacin) para formar una red de sal slida.

Tomado de: Lewis y Waller, Qumica Razonada. Trillas, Mxico1999.

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TEMA 7. POTENCIAL DE HIDRGENO (PH) En 1909, el qumico Sorensen defini el potencial de hidrgeno (pH) como el logaritmo negativo de la concentracin molar (ms exactamente de la actividad molar) de los iones hidrgeno. Esto es: pH = -log [H+ Tambin existe el pOH, que es el logaritmo negativo de la concentracin de iones hidroxilo (u oxhidrilo) pOH = -log [OH- La suma de pH y pOH es igual a 14 Lee el siguiente texto, para que comprendas mejor la importancia y utilidad del clculo del pH. Medida de calidad de agua: el pH La calidad del agua y el pH son a menudo mencionados en la misma frase. El pH es un factor muy importante, porque determinados procesos qumicos solamente pueden tener lugar a un determinado pH. Por ejemplo, las reacciones del cloro solo tienen lugar cuando el pH tiene un valor de entre 6,5 y 8. El pH es un indicador de la acidez de una sustancia. Est determinado por el nmero de ines libres de hidrgeno (H+) en una sustancia. La acidez es una de las propiedades ms importantes del agua. El agua disuelve casi todos los iones. El pH sirve como un indicador que compara algunos de los iones ms solubles en agua. El resultado de una medicin de pH viene determinado por una consideracin entre el nmero de protones (iones H+) y el nmero de iones hidroxilo (OH-). Cuando el nmero de protones iguala al nmero de iones hidroxilo, el agua es neutra. Tendr entonces un pH alrededor de 7. El pH del agua puede variar entre 0 y 14. Cuando el pH de una sustancia es mayor de 7, es una sustancia bsica. Cuando el pH de una sustancia est por debajo de 7, es una sustancia cida. Cuanto ms se aleje el pH por encima o por debajo de 7, ms bsica o cida ser la solucin. El pH es un factor logartmico; cuando una solucin se vuelve diez veces ms cida, el pH disminuir en una unidad. Cuando una solucin se vuelve cien veces ms cida, el pH disminuir en dos unidades. El trmino comn para referirse al pH es la alcalinidad. La palabra pH es la abreviatura de "pondus Hydrogenium". Esto significa literalmente el peso del hidrgeno. El pH es un indicador del nmero de iones de hidrgeno. Tom forma cuando se descubri que el agua estaba formada por protones (H+) e iones hidroxilo (OH-). El pH no tiene unidades; se expresa simplemente por un nmero. Cuando una solucin es neutra, el nmero de protones iguala al nmero de iones hidroxilo. Cuando el nmero de iones hidroxilo es mayor, la solucin es bsica, Cuando el nmero de protones es mayor, la solucin es cida. Representa a travs de un esquema la escala de pH:24

Mtodos de determinacin del pH Existen varios mtodos diferentes para medir el pH. Uno de estos es usando un trozo de papel indicador del pH. Cuando se introduce el papel en una solucin, cambiar de color. Cada color diferente indica un valor de pH diferente. Este mtodo no es muy preciso y no es apropiado para determinar valores de pH exactos. Es por eso que ahora hay tiras de test disponibles, que son capaces de determinar valores ms pequeos de pH, tales como 3.5. El mtodo ms preciso para determinar el pH es midiendo un cambio de color en un experimento qumico de laboratorio. Con este mtodo se pueden determinar valores de pH, tales como 5.07 y 2.03. Ninguno de estos mtodos es apropiado para determinar los cambios de pH con el tiempo. El electrodo de pH Un electrodo de pH es un tubo lo suficientemente pequeo como para poder ser introducido en un tarro normal. Est unido a un pH-metro por medio de un cable. Un tipo especial de fluido se coloca dentro del electrodo; este es normalmente cloruro de potasio 3M. Algunos electrodos contienen un gel que tiene las mismas propiedades que el fluido 3M. En el fluido hay cables de plata y platino. El sistema es bastante frgil, porque contiene una pequea membrana. Los iones H+ y OH- entrarn al electrodo a travs de esta membrana. Los iones crearn una carga ligeramente positiva y ligeramente negativa en cada extremo del electrodo. El potencial de las cargas determina el nmero de iones H+ y OH- y cuando esto haya sido determinado el pH aparecer digitalmente en el pH-metro. El potencial depende de la temperatura de la solucin. Es por eso que el pH-metro tambin muestra la temperatura. A continuacin resumimos una lista de productos y su pH:

pH14 13 12.4 11 10.5 8.3 7.4 7.0 6.6 4.5 4.0 3.0 2.0 0

productoHidrxido de sodio leja lyme amoniaco manganeso levadura en polvo sangre humana agua pura leche tomates vino manzanas zumo de limn cido clorhdrico

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Producto

pH

http://www.lenntech.com/espanol/pH-y-alcalinidad.htm

Estos datos pueden variar, segn las condiciones en que fue llevada a cabo la medicin; pero t puedes averiguar algunos datos ms, colocndolos en la tabla a la derecha. As sabrs de algunas sustancias de tu inters si son bsicas, cidas o neutras. Ejercicios a resolver: a) Calcula el pH de una solucin cuya concentracin de ion hidrgeno es 4.8 X 10-6 mol/lt b) La Saliva tiene un pH de 6.5 cul es su concentracin de iones hidrgeno? c) La leche de magnesia tiene un pH de 9.9 cul es su concentracin de iones OH-? d) Cierto jugo de tomate tiene una concentracin de ion hidrgeno de 29 X 10-6. Calcula su pH y su pOH. e) El pH de la lluvia cida registrada fue de 1.5, encuentra la concentracin de iones hidrgeno. f) Dados los siguientes equivalentes de cido y de base, indica el pH (cido o bsico) que resulta de las siguientes reacciones de neutralizacin. CH3COOH 2.5 eq + NaOH 3 eq NH4Cl KCl + H2O CH3COONa + H2O pH __________ pH __________ pH __________

HCl + NH3 5 eq 2 eq KOH + 2.5 eq HCl 2.5 eq

Hemos terminado la parte del curso sobre qumica inorgnica, donde incluimos lo referente a Estequiometra. Ahora, estudiaremos Qumica Orgnica, con la intencin de obtener conocimientos generales del tema.

TEMA 8. QUMICA ORGNICALa Qumica Orgnica estudia al carbono, sus compuestos y reacciones. Existe una amplia26

gama de sustancias (medicamentos, vitaminas, plsticos, fibras sintticas y naturales, hidratos de carbono, protenas y grasas) formadas por molculas orgnicas. Esta rama de la qumica ha afectado profundamente a la vida en el siglo XX: ha perfeccionado los materiales naturales y ha sintetizado sustancias naturales y artificiales que, a su vez, han mejorado la salud, han aumentado el bienestar y han favorecido la utilidad de casi todos los productos empleados en la actualidad. Para dar nombre a los compuestos, se necesita considerar que en Qumica Orgnica, la frmula molecular no es suficiente. Existen diversos compuestos a los que corresponde una misma frmula molecular; por ejemplo, el caso de la fructosa, o azcar de uva (C6H12O6), vemos entre parntesis que contienen 6 tomos de carbono, 12 tomos de hidrgeno y 6 tomos de oxgeno, pero hay al menos otros 15 compuestos con esta misma frmula molecular. Por lo tanto, para representar adecuadamente a los compuestos y proceder a nombrarlos en forma sistemtica segn las reglas de la nomenclatura, se requiere la frmula semidesarrollada en donde se muestran los grupos funcionales que posea; o bien, si tiene dobles o triples enlaces entre los carbonos que constituyen el esqueleto de la molcula. En ocasiones, ser necesario contar con la frmula estructural que muestra la distribucin espacial de los tomos, esto permite observar adecuadamente las estructuras cclicas y aromticas; y, por su parte, para los compuestos con la misma frmula molecular (ismeros), ser posible distinguirles diferencias mnimas en el acomodo espacial. Esto ltimo suele ser importante, debido la estructura tridimensional de las molculas es determinante en las propiedades de las sustancias. Para observar esas pequeas diferencias que se presentan en los ismeros, observa los siguientes ejemplos:

En estas frmulas estructurales puedes observar una situacin nica que distingue a los compuestos orgnicos del resto de las sustancias; que implica la ubicacin espacial de los grupos unidos al carbono. Esto tiene origen en la propiedad particular del carbono para formar hasta cuatro enlaces covalentes. Adems, no se conocen otros elementos que formen cadenas con ms de ocho tomos. Ambas particularidades del carbono, explica el gran nmero de compuestos conocidos y la diversidad de propiedades fsicas y qumicas que pueden ser aprovechadas. En su estudio, es importante determinar la estructura de los compuestos, las reacciones y procedimientos para sintetizar compuestos orgnicos. Al menos un 80% de los 5 millones de compuestos qumicos registrados a principios de la dcada de 1980 contenan carbono. Para tener una idea ms clara de esto, se presentan enseguida ejemplos de los tipos de isomera:

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Los ismeros son compuestos con composiciones qumicas idnticas, pero que difieren en la disposicin de los tomos. Se clasifican en ismeros estructurales, en los que la secuencia de los tomos es diferente, y esteroismeros, en los cuales los tomos estn unidos en el mismo orden, pero con distinta orientacin en el espacio. Existen tres tipos de ismeros estructurales: de cadena, de posicin y de funcin. Los ismeros de cadena, como el pentano y el 2metilbutano, presentan cadenas carbonadas con estructura diferente. Los ismeros de posicin, como el propanol y el 2-propanol, difieren en la posicin que ocupa un mismo grupo funcional a lo largo de la cadena carbonada. Los ismeros de funcin, como el etanol y el dimetilter, presentan distinto grupo funcional. Responde las siguientes preguntas: 1.- Qu diferencias existen entre los compuestos orgnicos y los inorgnicos? 2.- Es lo mismo reciclable que biodegradable? Explica. 3.- Por qu no es suficiente contar con la frmula molecular de un compuesto orgnico, para saber de qu compuesto se trata? 4.- Qu es una frmula semidesarrollada? Escribe un ejemplo. 5.- En qu consiste la frmula estructural? 1) - CLASIFICACIN DE HIDROCARBUROS Existen muchas formas de clasificar los compuestos orgnicos, dentro de los cuales, dependiendo del criterio utilizado para la clasificacin, se pueden estudiar los siguientes: a) Tipo de cadena presentado b) La instauracin en la cadena de carbono, segn se presenta enlaces sencillos, dobles o triples c) La estructura de la cadena. En el siguiente esquema se enuncian estos criterios, indicando los nombres con los que se les suele identificar:Tipo de cadena Alifticos (De cadena abierta) Estructura de la cadena Pueden ser de dos tipos: Lineales, tambin llamados normales. Enlaces C-C Saturados Insaturados Compuestos Parafinas o alcanos Olefinas o alquenos Acetilenos o alquinos28

Arborescentes, con ramificaciones.Homocclicos, que presentan anillos formados por tomos de carbono exclusivamente Cclicos (De cadena cerrada) Heterocclicos, donde en el ciclo tienen adems de carbono, elementos como nitrgeno, oxgeno y pocos con azufre. Saturados Aromticos Saturados Insaturados Alicclicos, cicloalcanos o ciclanos Derivados del benceno Semejantes a los de cadena abierta Derivados de piridina, furano, pirrol, tiofeno; principalmente.

ALCANOS, ALQUENOS Y ALQUINOS El nombre de los compuestos del carbono, tiene como base el nombre de los n-alcanos, que son cadenas lineales y saturadas; lo que constituye el esqueleto de muchos de los compuestos orgnicos. Los alcanos, tienen por frmula general CnH2n+2 Frmula Nombre Frmula Nombre Frmula Nombre CH4 Metano C10H22 Decano C22H46 Docosano C2H6 Etano C11H24 Undecano C30H62 Tricontano C3H8 Propano C12H26 Dodecano C31H64 Hentriacontano C4H10 Butano C13H28 Tridecano C40H82 Tetracontano C5H12 Pentano C14H30 Tetradecano C41H84 Hentetracontano C6H14 Hexano C15H32 Pentadecano C50H102 Pentacontano C7H16 Heptano C16H34 Hexadecano C80H162 Pentacontano C8H18 Octano C20H42 Eicosano C100H202 Hectano C9H20 Nonato C21H44 Heneicosano C200H402 Dihectano Los alcanos arborescentes, podrn nombrarse eligiendo como cadena principal a la cadena ms larga de carbonos, numerndola partiendo del extremo ms prximo a una arborescencia e mencionando en orden alfabtico las ramificaciones, indicando el nmero de carbono del que se desprenden. Los cicloalcanos, tendrn nombres semejantes antecediendo el prefijo ciclo, como en los ejemplos que se muestran enseguida. Observar que su frmula general es: CnH2n En este segundo caso, puede observarse que se menciona que tiene dos ramificaciones di, y que se trata del radical metil, que es derivado del metano (de un carbono).

Las arborescencias o ramificaciones, suelen ser semejantes a los n-alcanos, donde uno de los carbonos ha perdido un hidrgeno (enlace que usa para quedar unido a otro carbono). A esta cadena que le falta un hidrgeno, se le puede llamar radical alquil o radical alquilo. Si la arborescencia es lineal, bastar con modificar el nombre del alcano por la terminacin il o ilo, para nombrar esa ramificacin. En caso de que no sea lineal, debemos considerar: 1. Si la arborescencia es un ismero sencillo de los 6 primeros alcanos, tiene nombre particular. Se trata de los radicales: isopropilo, isobutilo, secbutilo, isoamilo (isopentilo), secpentilo, tertpentilo, neopentilo, isohexilo, sec-hexilo, neohexilo.29

2. Si la arborescencia no puede nombrarse como en lo descrito en el punto anterior, deber nombrarse como cadena secundaria entre corchetes, numerando esa cadena a partir de su unin a la cadena principal. Nombra el siguiente ejemplo de alcano arborescente, indicando la cadena principal y el nombre de cada una de las arborescencias:

CH3 CH3 l l CH2 CH3 CH2 l l l CH3 CH CH CH2 CH2 CH CH CH CH CH3 l l l CH3 CH2 CH3 l CH - CH3 l CH3

Los alquenos son semejantes a los alcanos, pero presentan instauracin que no es otra cosa ms que un enlace doble entre carbono y carbono. Son ismeros de los cicloalcanos, puesto que tienen como frmula general CnH2n Para nombrarles debe considerarse la posicin del doble enlace. En el caso de los arborescentes, se sigue la misma tcnica que en los alcanos. El ms chico es el de dos carbonos, y los cuatro primeros tienen nombres triviales: C2H4 - etileno C3H6 - propileno C4H8 - butileno C5H10 - amileno

Escribe la frmula siguientes alquenos: 1- Penteno

semidesarrollada para los 2 - Penteno

Los alquinos son la tercer familia ms importante de los hidrocarburos alifticos, con frmula general CnH2n-2 y se caracterizan por la presencia de un triple enlace entre carbono y carbono. El acetileno es el miembro ms pequeo y el ejemplo ms comn HCCH. Igual que se hace para los alquenos, habr que indicar la posicin del doble enlace, as como numerar los carbonos donde quede ms cerca cualquier ramificacin que aparezca en la cadena principal. Existen radicales insaturados, tanto para alquenos como para alquinos; los cuales se nombran considerando la posicin de la insaturacin. Sin embargo, tambin se manejan nombres comunes que se precisa conocer.30

COMPUESTOS AROMTICOS Es un grupo amplio de compuestos que contienen anillos cerrados de tomos de carbono, derivados del benceno, el cual tiene una inusual estabilidad debido a la disposicin de sus dobles enlaces. Se les denomina aromticos debido a que la mayora presentan olores intensos, normalmente agradables. El anillo aromtico recibe genricamente el nombre de areno, y cuando se encuentra como radical, se le llama arilo. El benceno es un sistema cclico de 6 electrones deslocalizados. Est formado por 6 carbonos con hibridacin sp2 cuyos orbitales p solapan formando una nube que permite la deslocalizacin de los electrnes p y confiere al benceno una gran estabilidad.

En su nomenclatura, se tienen las siguientes reglas: Nomenclatura de bencenos monosustituidos. Los bencenos con un slo sustituyente se nombran aadiendo el prefijo del sustituyente a la palabra benceno.

Bencenos disustituidos. En bencenos disustituidos se indica la posicin de los sustituyentes con los prefijos orto (posicin 1,2), meta (posicin 1,3) y para (posicin 1,4).

Nomenclatura de bencenos con varios sustituyentes. Los derivados con tres o ms sustituyentes se nombran numerando el anillo de manera que los carbonos sustituidos tomen los localizadores ms bajos posibles.

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Algunos anillos aromticos pueden contener tambin un tomo de oxgeno o de nitrgeno. Originalmente el trmino aromtico estaba restringido a un producto del alquitrn mineral, el benceno, y a sus derivados, pero en la actualidad incluye casi la mitad de todos los compuestos orgnicos; el resto son los llamados compuestos alifticos. Ciertos derivados de los compuestos aromticos tienen propiedades y nombres especiales. Por ejemplo, la presencia del grupo hidroxilo en el anillo da lugar a un fenol. Adems existen los sistemas policclicos como el naftaleno, antranceno, fenantreno y otros ms complejos. Entre los compuestos aromticos importantes se encuentran todas las hormonas y vitaminas, excepto la vitamina C; prcticamente todos los condimentos, perfumes y tintes orgnicos, tanto sintticos como naturales; los alcaloides que no son alicclicos (ciertas bases alifticas como la putrescina a veces se clasifican incorrectamente como alcaloides), y sustancias como el trinitrotolueno (TNT) y los gases lacrimgenos. Por otra parte los hidrocarburos aromticos suelen ser nocivos para la salud, como los llamados BTEX, benceno, tolueno, etilbenceno y xileno por estar implicados en numerosos tipos de cncer o el alfa-benzopireno que se encuentra en el humo del tabaco, extremadamente carcingenico igualmente, ya que puede producir cncer de pulmn. Los detergentes no biodegradables, los alquilbencenosulfonatos (ABS) se elaboran con productos del petrleo; haciendo reaccionar el propileno, benceno, cido sulfrico y se neutraliza con carbonato de calcio. Hasta 1950 estos detergentes se tomaron como muy efectivos porque incluso hacan espuma en agua dura y fra; pero resultaron perjudiciales. Los detergentes biodegradables, llamados alquisulfonatos lineales (LAS) tienen cadenas lineales de carbono que los microorganismos pueden descomponer.

2) - GRUPOS FUNCIONALES

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En un alcano, los tomos de hidrgeno pueden ser sustituidos por otros tomos (de cloro, oxgeno o nitrgeno, por ejemplo), siempre que se respete el nmero correcto de enlaces qumicos (el cloro forma un enlace sencillo con los otros tomos, el oxgeno forma dos enlaces y el nitrgeno forma tres). El tomo de cloro en el cloruro de etilo, el grupo OH en el alcohol etlico y el grupo NH2 en la etilamina se llaman grupos funcionales. Estos grupos funcionales determinan la mayora de las propiedades qumicas de los compuestos. En la tabla adjunta se muestran otros grupos funcionales con sus frmulas generales, prefijos o sufijos que se aaden a los nombres, y un ejemplo de cada clase.

Para dar nombre a los compuestos orgnicos que contienen algn grupo funcional, se tienen reglas bsicas de nomenclatura, similares a las descritas para los hidrocarburos. Considerando esto, escribe las frmulas semidesarrolladas para los siguientes compuestos: a) b) c) d) e) f) g) h) 3-propanol propanotriol 2-hidroxi-butanal butanodial 3-buten-2-ona ciclohexanona cido pentanico (cido valrico) cido 1,1,3-propantricarboxlico i) acetamida (a etanamida) j) metilamina k) cido 2-aminopropanico l) ter dimetlico m) etanoato de etilo n) dimetil butanal o) 2,3-dibromobutano p) fenilamina (anilina)

A continuacin se muestra una tabla donde se dan algunas esencias con los respectivos compuestos orgnicos responsables de su olor y sabor. Obtn la frmula de cada esencia. ster Acetato de bencilo Esencia Jazmn33

Acetato de isoamilo o acetata de 3-metilbutilo Acetato de octilo Acetatos de amilo e isoamilo e isovalerianato de isoamilo Butirato de isoamilo Butirato y nonanoato de etilo y undecilato de amilo Butiratos de etilo y amilo Butiratos de metilo, etilo, butilo e isoamilo Disulfuro de dipropil Formiato de etilo Formiato y acetato de isobutilo Formiato y heptanoato de etilo Formiato, butirato e isovalerianato de etilo Heptanoato de etilo Isovalerianato de isoamilo y butirato y propionato de etilo Sulfuro de alilo o disulfuro de dialil

Pera Naranja Pltano Chocolate Rosas Albaricoque Pia Cebolla Ron Frambuesa Uvas Melocotn Coac y vino Manzana Ajo

Tabla tomada de Hernndez y Lpez (2008)

1) 2)

PRIORIDADES EN LA NOMENCLATURA Un compuesto orgnico puede poseer diversos grupos funcionales, en cuyo caso habr que respetar un orden de prioridad entre ellos para dar el nombre de ese compuesto, considerando que para hacerlo deber realizarse lo siguiente: Elegir la cadena principal, procurando que contenga a los grupos funcionales presentes, as como las instauraciones; de ser posible. Numerar la cadena principal comenzando donde se encuentre ms cerca el grupo funcional (o caracterstica de la cadena) al que se dar prioridad; segn la siguiente tabla, que es til para los casos ms comunes: Arborescencia sencilla Arborescencia cclica Arborescencia aromtica Cadena secundaria (nombrar entre corchetes) Insaturacin Grupo funcional sin oxgeno Hidroxilo Mayor Prioridad Carbonilo cetnico Carbonilo (de aldehdo) Carboxilo 3) Nombrar de menor a mayor prioridad, por lo cual segn la tabla anterior y cuando se nombre un grupo funcional no prioritario, indicar el sufijo que refiere al tipo de compuesto; por ejemplo: O ll a. ol, para indicar al grupo hidroxilo, si el compuesto no se nombra como alcohol; HOOC - el compuesto no se CH3 b. al, para indicar que hay grupo carbonilo pero CH2 CH C CH nombra como l l aldehdo; Menor PrioridadCH2 l CH3 - C - CH3 l CH3 OH34

Nombra el compuesto a la derecha, considerando la prioridad de los grupos funcionales:

Reforzando Conocimientos1.- A cuales hidrocarburos se los llama saturados? Da ejemplos. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 2.- A qu se le llama grupo alquilo? (dar ejemplos) ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 3.- Qu entiendes por isomera? De qu tipos conoces? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 4.- Escribe las frmula generales para alcanos, alquenos y alquinos. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 5.- Algunos de los siguientes compuestos estn nombrados incorrectamente, indicar cuales y corregir: a) 4 propil hexano b) 4 metil pentano c) 3 etil pentano d) 2 metil hexano ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 6.- Nombrar los siguientes compuestos: CH3 CH3 CH3 CH3

a) CH3 CH2 CH C CH2 CH3 CH2 CH3 CH3

b) CH3 CH CH2 CH CH3

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c) CH3 C CH3 CH3

d) CH3 CH2 CH2 CH CH3 CH3

e) CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3

7.- Escribir la frmula desarrollada de: a) 2 metil 1 propeno b) 3, 4 dimetil 2 hexeno c) 2 penteno d) 5 metil 3 heptino e) 5,5 dimetil 3 hexino 8.- Nombrar los siguientes compuestos: a) CH = C CH2 CH2 CH2 CH3 b) CH3 d) CH2 CH = CH CH2 CH3 e) CH = CH CH CH3 f) c)

9.- De los siguientes compuestos hay algunos mal nombrados, explicar por qu. a) 2 etil hexano d) 4 etil pentano b) 3 etil pentano e) 2, 4 dimetil pentano c) 2 metil hexano f) 2 metil, 4 etil pentano

10.- Nombrar bien los siguientes compuestos. a) 6 octeno d) 3 , 6 dimetil 4 heptino b) 3 metil 3 buteno c) 5, 5 dimetil 3 exino e) 3 metil 4 exino

13.- Darle nombre a los siguientes compuestos, indicando a que tipo pertenece. a) _ CH2 CH3 CH3 CH3 c) CH3 CH2 CH CH CH CH2 CH2 CH3 CH3 CH2 CH3 d) CH3 CH CH2 C = C CH3 CH2 b) CH3 CH3

CH3 3) TIPOS DE REACCIONES QUMICAS ORGNICAS36

La parte ms importante de la qumica orgnica es la sntesis de molculas. Los compuestos que contienen carbono se denominaron originalmente orgnicos porque se crea que existan nicamente en los seres vivos. Sin embargo, pronto se vio que podan prepararse compuestos orgnicos en el laboratorio a partir de sustancias que contuvieran carbono procedentes de compuestos inorgnicos. En el ao 1828, Friedrech Whler consigui convertir cianato de plomo en urea por tratamiento con amoniaco acuoso. As, una sal inorgnica se convirti en un producto perteneciente a los seres vivos (orgnico). A da de hoy se han sintetizado ms de diez millones de compuestos orgnicos. Las reacciones orgnicas se pueden agrupar y clasificar desde varios puntos de vista. Entre ellos est: a) el tipo de transformacin que tiene lugar en el compuesto orgnico; b) considerando la naturaleza del reactivo atacante; c) segn la forma en que se rompen los enlaces. Si consideramos la primera clasificacin, se estudian las reacciones segn los tipos: eliminacin, adicin o sustitucin; como enseguida se aborda.

REACCIONES DE ADICIN Consisten en la adicin de dos especies qumicas al enlace mltiple de una molcula insaturada, tal y como se indica de forma genrica en la siguiente ecuacin qumica:

Este tipo de reacciones es muy comn en los compuestos olefnicos y acetilnicos. Es posible observar que se combinan dos molculas para producir una sola. Los reactivos que participan adicionndose a alquenos o alquinos, son llamados electroflicos (amantes de electrones) por buscar electrones para enlazarse al esqueleto carbonado. De ah que se le llame adicin electroflica. En esta categora de reacciones se encuentran: la hidrogenacin (reduccin), la halogenacin, hidrohalogenacin, adicin de cido sulfrico, hidratacin, dimerizacin (se unen dos molculas de alqueno), alquilacin, hidroboracin-oxidacin, y la polimerizacin; entre otras. Ejemplos de reacciones electroflicas son:

REACCIONES DE SUSTITUCIN37

Son aquellas reacciones en las que un tomo o grupo atmico es sustituido o desplazado por otro.

Como se muestra, ejemplos de este tipo de reacciones son las que experimentan los alcoholes con hidrcidos o las reacciones de sustitucin nucleoflica de haluros de alquilo. Un reactivo nucleoflico es aqul capaz de donar electrones, como lo son las bases. En una reaccin de sustitucin podemos distinguir cuatro partes:

Sustrato. Recibe este nombre la molcula en la cual tiene lugar la sustitucin. Reactivo o grupo entrante. Es el tomo o grupo de tomos que ataca al sustrato. Grupo saliente. Es el tomo o grupo de tomos que es expulsado del sustrato. Producto. Es el resultado de la sustitucin del grupo saliente por el nuclefilo.

Cuando el reactivo es un nuclefilo se produce una sustitucin nucleoflica. Ejemplo:

El ataque se produce en el carbono indicado por la flecha azul puesto que el Br es ms electronegativo que el C, por lo que el Br "tira" de los electrones del enlace (adquiriendo una carga parcial negativa) y llevndose dichos electrones al producirse el ataque del nuclefilo. El nuclefilo puede tener carga negativa o neutra. El sustrato puede ser neutro o tener carga positiva. Si el nuclefilo es negativo, el producto es neutro. Si el nuclefilo es neutro, el producto es positivo. Estas reacciones pueden tener lugar segn dos mecanismos diferentes:

Sustitucin nucleoflica monomolecular (SN1).En este caso la reaccin procede poretapas, disocindose primero los compuestos en sus iones y reaccionando despus estos iones entre s. Se produce por medio de carbocationes. (CH3)3CX (CH3)3C+ + X- (Reaccin de equilibrio) (CH3)3C+ + Nu- (CH3)3CNu

Sustitucin nucleoflica bimolecular (SN2).En este caso la reaccin transcurre en unasola etapa, producindose simultneamente el ataque del reactivo y la expulsin del grupo saliente. En este caso, si el ataque tiene lugar sobre un carbono quiral se produce una inversin en la configuracin. La reaccin SN2 est muy influenciada por efectos estricos.38

Nu- + CH3X NuCH3 + X-

En qumica orgnica las sustituciones nuclefilas o electrfilas son muy importantes. Las reacciones de sustitucin se clasifican en diferentes tipos segn si el reactivo que lleva a cabo la sustitucin es un nuclofilo, un electrfilo o un radical libre o si el sustrato es aliftico o aromtico. El entendimiento detallado de las diferentes reacciones de sustitucin ayuda a predecir el producto resultante. Esto adems permite optimizar una reaccin respecto a variables como la temperatura o la eleccin del disolvente.

REACCIONES DE ELIMINACIN Constituyen el proceso inverso de las reacciones de adicin y consisten en la prdida de tomos, grupo de tomos de una molcula, con formacin de enlaces mltiples o anillos. La formulacin general de las reacciones de eliminacin es:

Ejemplos de este tipo de reacciones de eliminacin son la reaccin de deshidratacin de un alcohol para formar un alqueno la reaccin de deshidrobromacin inducida por bases.

Lo que ocurre es que dos sustituyentes son eliminados de una molcula, crendose tambin una insaturacin, ya sea un doble enlace (como en el ejemplo) o triple enlace, o un anillo. En el caso particular de que los dos grupos sean eliminados de un mismo centro el resultado sera un carbeno :CR2. (Su nombre por la IUPAC) Las reacciones de eliminacin ms importantes son aquellas en las que los dos grupos que se eliminan estn situados en tomos adyacentes, dando lugar a una nueva insaturacin en la forma de un alqueno, un alquino o un carbonilo. Estas reacciones se favorecen al aumentar la temperatura y pueden ser de dos tipos:

Eliminacin monomolecular (E1).En este caso la reaccin transcurre en dos etapas, para dar lugar a un carbocatin en una primera etapa y a un doble enlace en una segunda etapa; es una reaccin competitiva con la SN1. Eliminacin bimolecular (E2).En este caso la reaccin transcurre en una sola etapa a travs de un agente nucleoflico. Si el sustrato es un haloalcano, para que se produzca39

esta reaccin el halgeno y el H adyacente tienen que estar en disposicin anti. Los sustratos ms usuales son haloalcanos. Bases fuertes impedidas estricamente: LDA, tBuO-Na+. Bases fuertes no impedidas estricamente: EtO-Na+, MeO-Na+, NH2-Na+. Nuclefilos dbiles: H2O, ROH (alcoholes).

5) FUENTES NATURALES DE COMPUESTOS ORGNICOS El alquitrn de hulla era antiguamente la nica fuente de compuestos aromticos y de algunos heterocclicos. El petrleo era la fuente de compuestos alifticos, contenidos en ciertas sustancias como la gasolina, el queroseno y el aceite lubricante. El gas natural suministraba metano y etino. Estas tres categoras de sustancias naturales siguen siendo las principales fuentes de compuestos orgnicos en la mayora de los pases. Sin embargo, cuando no se dispone de petrleo, una industria qumica puede funcionar a base de etino, que a su vez puede ser sintetizado a partir de la caliza y el carbn. Durante la II Guerra Mundial, Alemania tuvo que adoptar esa solucin cuando le fueron cortadas las fuentes de petrleo y gas natural. Por supuesto, la industria de la qumica orgnica, no se limita al petrleo y los numerosos mtodos de obtencin de hidrocarburos y derivados. Otras sustancias importantes proceden de los vegetales como son los hidratos de carbono (entre ellos la celulosa), los alcaloides, la cafena y los aminocidos; as tambin productos de origen animal. Es decir, una importante fuente de obtencin de todos estos compuestos son los seres vivos, quienes sintetizan aminocidos, protenas, grasas e hidratos de carbono. Luego, la industria alimenticia utiliza diversos procesos de extraccin y les utiliza como materias primas para elaborar numerosas y cada vez ms innovados productos. Por ejemplo, el azcar de mesa procedente de la caa o la remolacha es el producto qumico puro ms abundante extrado de una fuente vegetal. La siguiente ilustracin da idea de los productos derivados del petrleo. Trata sobre el refinado del petrleo crudo, donde la primera etapa consiste en separarlo en partes, o fracciones, segn la masa molecular. El crudo se calienta en una caldera y se hace pasar a la columna de fraccionamiento, en la que la temperatura disminuye con la altura. Las fracciones con mayor masa molecular (empleadas para producir por ejemplo aceites lubricantes y ceras) slo pueden existir como vapor en la parte inferior de la columna, donde se extraen. Las fracciones ms ligeras (que darn lugar por ejemplo a combustibles para aviones y gasolina) suben ms arriba y son extradas ah. Todas las fracciones se someten a complejos tratamientos posteriores para convertirlas en los productos finales deseados.

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6) PROPIEDADES FSICAS DE LOS COMPUESTOS ORGNICOS En general, los compuestos orgnicos covalentes se distinguen de los compuestos inorgnicos en que tienen puntos de fusin y ebullicin ms bajos. Por ejemplo, el compuesto inico cloruro de sodio (NaCl) tiene un punto de fusin de unos 800C, pero el tetracloruro de carbono (CCl 4), molcula estrictamente covalente, tiene un punto de fusin de 76,7C. Entre esas temperaturas se puede fijar arbitrariamente una lnea de unos 300C para distinguir la mayora de los compuestos covalentes de los inicos. Gran parte de los compuestos orgnicos tienen los puntos de fusin y ebullicin por debajo de los 300C, aunque existen excepciones. Por lo general, los compuestos orgnicos se disuelven en disolventes no polares (lquidos sin carga elctrica localizada) como el octano o el tetracloruro de carbono, o en disolventes de baja polaridad, como los alcoholes, el cido etanoico (cido actico) y la propanona (acetona). Los compuestos orgnicos suelen ser insolubles en agua, un disolvente fuertemente polar. Los hidrocarburos tienen densidades relativas bajas, con frecuencia alrededor de 0,8, pero los grupos funcionales pueden aumentar la densidad de los compuestos orgnicos. Slo unos pocos compuestos orgnicos tienen densidades mayores de 1,2, y son generalmente aqullos que contienen varios tomos de halgenos. Los grupos funcionales capaces de formar enlaces de hidrgeno aumentan generalmente la viscosidad (resistencia a fluir). Por ejemplo, las viscosidades del etanol, 1,2-etanodiol (etilenglicol) y 1,2,3-propanotriol (glicerina) aumentan en ese orden. Estos compuestos contienen uno, dos y tres grupos OH respectivamente, que forman enlaces de hidrgeno fuertes.41

GLOSARIOcido lcali Alcanos Alquenos Alquinos Anhdrido Sustancia que en disolucin aumenta la concentracin de iones de hidrgeno y se combina con las bases para formar las sales. Hidrxido metlico muy soluble en el agua, que se comporta como una base fuerte. Hidrocarburo aliftico o de cadena abierta, saturado. Tambin llamados parafinas. Hidrocarburo que contiene por lo menos un doble enlace carbono carbono. Tambin llamados olefinas. Hidrocarburo que contiene por lo menos un triple enlace carbono carbono. Se conoce como familia de los acetilenos. Se dice del producto formado por una combinacin del oxgeno con un elemento no metal y que, al reaccionar con el agua, da un cido. Tambin llamado xido cido. Es una ramificacin o cadena secundaria, que consiste en un radical alquilo, unido a una cadena principal de carbonos. Es el procedimiento en que se iguala la cantidad de materia expresada antes y despus de la reaccin, por medio de la ecuacin qumica. Al balancear slo se colocan los coeficientes que permitan igualar la cantidad de tomos de cada elemento en reactivos y productos. Sustancia que en disolucin aumenta la concentracin de iones hidroxilo y se combina con los cidos para formar sales. Perteneciente o relativo a las estructuras moleculares en anillo, como la del benceno. Nmero que se coloca delante de la frmula molecular para indicar cuntas molculas o cuntos moles participan en la reaccin qumica. Se refiere a las sustancias que componen un todo. Ya sea, los elementos que forman parte de un compuesto (y sus proporciones dentro de la frmula molecular), o bien, los componentes de una mezcla (y sus cantidades presentes). Unin qumica entre dos o ms elementos. Es la cantidad de soluto disuelto en una cantidad de volumen de solucin. Un tipo de cambio qumico que promueve la ruptura de enlaces para obtener sustancias distintas, muchas ocasiones menos complejas que la sustancia inicial. Disminuir la concentracin de una disolucin aadiendo disolvente. Tambin llamada solucin. Es una mezcla homognea entre soluto y solvente. Expresin simblica de una reaccin qumica, que indica las cantidades relativas de reactantes y productos. Sustancia constituida por tomos cuyos ncleos tienen el mismo nmero de protones, cualquiera que sea el nmero de neutrones. Es el clculo de las cantidades de sustancias involucradas en las reacciones qumicas.42

Arborescencia Balanceo

Base Cclico Coeficiente

Composicin

Compuesto Concentracin Descomposicin

Diluir Disolucin Ecuacin Qumica Elemento Estequiometra

Frmula Estructural Frmula Mnima

Expresa el acomodo espacial de los grupos que conforman al compuesto. Por lo regular se requiere para reconocer los ismeros orgnicos. Corresponde a la frmula emprica calculada a partir de las proporciones que guardan los elementos entre s, o a las masas presentes de cada elemento. Nos indica slo los smbolos de los tomos presentes en la mnima relacin numrica entre ellos. Combinacin de smbolos qumicos que expresa la composicin de una molcula. La que indica solamente los smbolos de los tomos presentes en una molcula y la relacin numrica entre ellos, sin indicar su estructura. Es un tomo o grupo de tomos que determina las propiedades qumicas de una serie de compuestos orgnicos. Es una sal, en la mayor parte de los casos binaria, donde el catin es metlico y el anin es un no metal y ste a su vez de ah el nombreperteneciente a la familia VII A, de los halgenos. Compuesto formado por la unin de un elemento o un radical con el anin OH-. Compuesto de hidrgeno y otro elemento, preferentemente un metal. Sustancia que aadida en cantidad muy pequea a la solucin que se quiere valorar volumtricamente, muestra un cambio visible, usualmente de color en el punto de equivalencia. En el caso de la valoracin cido-base, ese punto de equivalente corresponde al punto de neutralidad. Dicho de una estructura qumica: Que posee uno o varios enlaces covalentes mltiples. Dicho de dos o ms cuerpos: Que, con igual composicin qumica, tienen distintas propiedades fsicas; diferente frmula estructural o incluso diferentes grupos funcionales. Es la cantidad de materia correspondiente a cada